Сверхмалый плазменный двигатель для наноспутников: российская разработка готова к испытаниям в космосе
Наноспутники — это космические аппараты массой менее 10 кг, которые могут выполнять различные задачи в космосе, такие как дистанционное зондирование Земли, связь, научные исследования и т. д. Однако для эффективной работы наноспутников необходимо иметь возможность корректировать их орбиту и ориентацию в пространстве. Для этого нужен специальный двигатель, который должен быть маленьким, легким, энергоэффективным и безопасным.
Один из таких двигателей — плазменный двигатель, который использует плазму — ионизированный газ — в качестве рабочего тела. Плазма создается в двигателе за счет газового разряда в специальном канале, где она подвергается воздействию электрического и магнитного полей. Ионы плазмы ускоряются в электрическом поле и выбрасываются из канала с высокой скоростью, создавая реактивную тягу. Электроны плазмы компенсируют электрический заряд ионов и обеспечивают нейтральность плазменной струи.
Плазменные двигатели имеют ряд преимуществ перед другими типами ракетных двигателей. Они обладают высоким удельным импульсом — отношением тяги к расходу рабочего тела — что означает, что они могут работать дольше и эффективнее при меньшем количестве топлива. Они также безопасны, так как не используют взрывоопасные или токсичные вещества. Кроме того, они могут регулировать свою мощность и тягу в зависимости от задачи.
Первый в истории плазменный двигатель в космосе испытали в 1964 году на советской автоматической межпланетной станции «Зонд-2», которая отправилась к Марсу. Несколько плазменных двигателей, в разработке которых принимал участие Виктор Храбров, отвечали за ориентацию станции в пространстве. В качестве рабочего тела использовался фторопласт, а источника энергии — конденсаторная батарея.
Однако для использования плазменных двигателей на наноспутниках необходимо было решить ряд проблем. Во-первых, фторопласт при малом разрядном токе обугливается, что приводит к быстрому выходу двигателя из строя. Во-вторых, плазма без дополнительного ускорения имеет низкую скорость истечения и соответственно низкую тягу.
Решением этих проблем занимаются ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. Они разработали новую модификацию плазменного двигателя VERA (Volume-Effective Rocket-propulsion Assembly), которая имеет следующие особенности:
В роли рабочего тела выбран пластик полиацеталь, который легко ионизируется и не обугливается при малом разрядном токе. В качестве ускорителя плазмы использована магнитная катушка, которая создает на выходе двигателя магнитное сопло, дополнительно увеличивающее скорость плазмы.
Благодаря этим решениям плазменный двигатель МИФИ имеет среднюю тягу 30 мкН при энергопотреблении 3 Вт и массе 500 г. Это в два раза больше, чем у предыдущей модификации двигателя, которая была запущена на орбиту в августе 2022 года.
Плазменный двигатель МИФИ будет установлен на наноспутник «Святобор-1», который отправится в космос в первой половине 2023 года. Спутник будет выполнять задачи дистанционного зондирования Земли с помощью оптического прибора. Плазменный двигатель позволит корректировать орбиту спутника и поддерживать стабильную траекторию.
Плазменные двигатели для наноспутников — это перспективное направление в космонавтике, которое может снизить стоимость и упростить процесс запуска малых спутников. Они также могут быть использованы для создания крупных спутниковых группировок, которые могут выполнять различные задачи в космосе. Развитие этой области требует инновационных решений и сотрудничества ученых из разных стран.
Один из таких двигателей — плазменный двигатель, который использует плазму — ионизированный газ — в качестве рабочего тела. Плазма создается в двигателе за счет газового разряда в специальном канале, где она подвергается воздействию электрического и магнитного полей. Ионы плазмы ускоряются в электрическом поле и выбрасываются из канала с высокой скоростью, создавая реактивную тягу. Электроны плазмы компенсируют электрический заряд ионов и обеспечивают нейтральность плазменной струи.
Плазменные двигатели имеют ряд преимуществ перед другими типами ракетных двигателей. Они обладают высоким удельным импульсом — отношением тяги к расходу рабочего тела — что означает, что они могут работать дольше и эффективнее при меньшем количестве топлива. Они также безопасны, так как не используют взрывоопасные или токсичные вещества. Кроме того, они могут регулировать свою мощность и тягу в зависимости от задачи.
Первый в истории плазменный двигатель в космосе испытали в 1964 году на советской автоматической межпланетной станции «Зонд-2», которая отправилась к Марсу. Несколько плазменных двигателей, в разработке которых принимал участие Виктор Храбров, отвечали за ориентацию станции в пространстве. В качестве рабочего тела использовался фторопласт, а источника энергии — конденсаторная батарея.
Однако для использования плазменных двигателей на наноспутниках необходимо было решить ряд проблем. Во-первых, фторопласт при малом разрядном токе обугливается, что приводит к быстрому выходу двигателя из строя. Во-вторых, плазма без дополнительного ускорения имеет низкую скорость истечения и соответственно низкую тягу.
Решением этих проблем занимаются ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. Они разработали новую модификацию плазменного двигателя VERA (Volume-Effective Rocket-propulsion Assembly), которая имеет следующие особенности:
В роли рабочего тела выбран пластик полиацеталь, который легко ионизируется и не обугливается при малом разрядном токе. В качестве ускорителя плазмы использована магнитная катушка, которая создает на выходе двигателя магнитное сопло, дополнительно увеличивающее скорость плазмы.
Благодаря этим решениям плазменный двигатель МИФИ имеет среднюю тягу 30 мкН при энергопотреблении 3 Вт и массе 500 г. Это в два раза больше, чем у предыдущей модификации двигателя, которая была запущена на орбиту в августе 2022 года.
Плазменный двигатель МИФИ будет установлен на наноспутник «Святобор-1», который отправится в космос в первой половине 2023 года. Спутник будет выполнять задачи дистанционного зондирования Земли с помощью оптического прибора. Плазменный двигатель позволит корректировать орбиту спутника и поддерживать стабильную траекторию.
Плазменные двигатели для наноспутников — это перспективное направление в космонавтике, которое может снизить стоимость и упростить процесс запуска малых спутников. Они также могут быть использованы для создания крупных спутниковых группировок, которые могут выполнять различные задачи в космосе. Развитие этой области требует инновационных решений и сотрудничества ученых из разных стран.
- Евгения Бусина
- strana-rosatom.ru
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Так рано еще никогда не было: полярный вихрь начал разрушаться уже в ноябре. Чем это грозит России?
Ученые давно замечали тревожную тенденцию, но такого поворота не ждали даже они...
Возможно, целлофановые пчелы — спасение человечества: они миллионы лет делают то, что нужно нам как воздух
Поразительно, но удивительный продукт ученые нашли почти полвека назад, но почему-то до последнего времени не обращали на него внимания...
Ненужный рай: 1500-километровое путешествие показало, почему древние люди обходили стороной Зеленую Аравию
Выяснилось, что питьевая вода еще не делает местность пригодной для жилья. Племенам из древности требовалось еще кое-что необходимое...
Убивая мертвых: историк рассказал, почему Европу в XVII и XVIII веках охватила эпидемия вампиризма?
Великий ученый, серп на шее, африканские легенды, лекарство из могилы — все это сплелось в причудливую историю...
Ученые использовали «психомантеум», чтобы вызвать призраков. А потом началось странное
Исследователи сами не до конца понимают, что зафиксировали приборы во время эксперимента...
Древние майя настолько любили красный цвет, что в итоге эта страсть, возможно, стала одной из причин гибели цивилизации
Ученые нашли доказательства, как яркая краска способствовала краху великой империи...
Авиация в США наконец-то уходит… с дискет: почему так поздно и как с этим обстоят дела в России?
Американцы потратили на выход из 90-х чудовищные суммы, но далеко не факт, что все заработает в срок и как надо...
Загадочный астероид неожиданно ускорился: у астрофизиков заканчиваются объяснения и гипотезы
Пожалуй, это самый интересный космический детектив за последнее время, и пока он далек до финала...
Настоящий Ковчег Завета, возможно, спрятан в Эфиопии: почему его может видеть только один человек?
Этой истории 3000 лет, но она до сих пор далека от своего завершения...
Новый российский метеорит: почему небесный камень, найденный 20 лет назад на Алтае, оставался никому не известным
Кому сейчас принадлежит космический артефакт и почему юристы называют такие находки ничейными?...
В России создана революционная упаковка: молоко будет свежим целый месяц
Разбираемся: не испортился ли вкус продукта и когда ожидать чудо-пачки в продаже...
Усиленно боролись за чистоту, но просчитались: как роковая ошибка властей поставила под угрозу целый средневековый город
Норвежский Тронхейм был самым чистым в Европе, однако руководству города этого показалось мало. Хотели как лучше, а получилось как всегда...
Наша Вселенная скреплена невидимым галактическим клеем: и без него нас бы не было
По словам ученых, «склеивание» произошло уже в первые секунды существования мироздания...
Парадокс Древнего Перу: жили мирно, но при этом приносили массовые и жестокие человеческие жертвы. Почему?
Ученый рассказал, какую роль в истории сыграл Эль-Ниньо и почему ритуальные убийства совершали «без гнева и конфликта»...
Новый рецепт апокалипсиса: даже небольшая ядерная боеголовка на орбите гарантировано выведет из игры 99% аппаратов за считаные дни
Однако самое опасное, по словам ученых, начнется позже. Почему космос будет фактически закрыт?...