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
Он был размером как четыре Эвереста
Ученые считают: жизнь на Земле породил гигантский метеорит....
Швейцарские ученые собираются распылить в атмосфере миллионы тонн алмазов
Остановит ли это глобальное потепление?...
Секретные китайские спутники «Тысячи парусов» — новый кошмар для астрономов
Наблюдать за звездами с Земли становится всё проблематичнее....
Раскрыта правда о «зелёной» Англии
На самом деле, Великобритании угрожает лососевое вымирание....
Почему викинги не сумели колонизировать Северную Америку?
1000-летняя тайна, похоже, все-таки разгадана....
Аномальное древнее кладбище найдено на юге Испании
В 5500-летнем некрополе оказалось много женщин и мало мужчин....
Лазеры раскрыли тайны затерянных городов на Великом шелковом пути
Стало известно, как города-близнецы процветали в суровом высокогорье....
Электрические обои согреют комнату за три минуты
Альтернатива центральному отоплению или очередной фейк?...
Специалисты NASA заявляют, что жизнь на Марсе может... скрываться
И они знают, где ее искать....
И снова наглый плагиат от компании Tesla?
Маск опять в суде. Теперь из-за «Бегущего по лезвию 2049»....
Ученые наконец-то подтвердили, что солнечный максимум уже наступил
Метеозависимым людям придётся несладко....
Доказано на макаках: одиночество в старости сокращает шансы заболеть
Меньше других рядом — меньше угроз....
Добыча криптовалюты: кто-то на этом зарабатывает, а кто-то теряет здоровье
Американские ученые вскрыли неожиданную проблему....
Марк Цукерберг представил «самые передовые очки за всю историю»
Разбираемся: стоит ли девайс свои 10 000 $....
Почти что полёт: найдены следы динозавра, который ускорял свой бег крыльями
Окаменевшие отпечатки позволили рассчитать особенности передвижения....
С помощью лидаров археологи нашли ещё более 6600 сооружений майя
Ещё предстоит обнаружить все крупные города древней цивилизации....