
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

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....