.jpg)
Ученые Московского авиационного института совместно с коллегами из Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева разработали новый импульсный плазменный двигатель на газообразном рабочем теле, предназначенный для наноспутников массой до 10 кг. В настоящее время были созданы лабораторный образец устройства и его математическая модель.
Современные космические технологии все чаще опираются на небольшие технические устройства. Их применяют для зондирования Земли, связи и научных экспериментов. Реактивные двигатели дают возможность увеличить их функционал за счет повышения маневренности, а также продлить срок службы таких аппаратов на орбите, компенсируя их торможение в верхних слоях атмосферы. Однако жесткие ограничения по массе, объему и бортовой мощности усложняют размещение силовых установок на малых спутниках.
Преимущество газов перед твердыми рабочими телами заключается в гибкой компоновке двигательной системы. Бак с газообразным веществом можно разместить в любой свободной полости спутника, соединив его с двигателем гибкими трубками. Это позволяет существенно увеличить запас рабочего тела на борту в рамках ограниченного объема космического аппарата.
В основе конструкции нового двигателя лежит высокоскоростной электромагнитный клапан, содержащий тонкую подвижную мембрану. При подаче короткого импульса тока электромагнит создает поле, которое отжимает мембрану от уплотнительного седла, впуская порцию газа в канал двигателя. Затем давление рабочей среды быстро возвращает мембрану на место.
В предложенной схеме мембрана выполнена из ферромагнитного материала. Это увеличивает эффективность работы клапана, так как электромагнитное поле усиливается в материале мембраны. Кроме того, отсутствие трущихся друг о друга элементов значительно повышает надежность системы и долговечность механизмов, а управление с помощью электромагнитного поля обеспечивает быстродействие и низкое энергопотребление.
В космосе частота импульсов подачи газа в новой установке составит 1-2 Гц. Такой двигатель будет способен выдержать более миллиона циклов открывания и закрывания клапана без деградации основных механизмов, что дает возможность орбитальным аппаратам совершить до 300 часов активных маневров.
Этот запас хода позволяет решать широкий спектр практических задач в околоземном пространстве. Например, включения двигателей позволят наноспутникам время от времени увеличивать высоту полета. Также силовые установки помогут распределить наноспутники по орбите после запуска и корректировать их положение в составе космических группировок.
Разработка дает возможность использовать разные типы газообразных рабочих тел, подстраивая параметры двигателя под конкретные космические задачи. Изначально двигатель проектировали с расчетом на применение азота. Этот газ показал хорошую стабильность подачи и предсказуемый расход. На следующих этапах ученые перешли на криптон, который обеспечивает более высокий уровень тяги и эффективный разгон частиц в плазменном канале. Также в качестве рабочего тела рассматривали ксенон.
В дальнейшем ученые намерены исследовать возможность применения других газов, перспективных для импульсных плазменных двигателей, а также провести комплексные испытания образца в условиях, максимально приближенных к космическому полету.
