Войти

К Луне на одном стакане

2289
7
+2

Европейцы создали рабочий прототип ионного двигателя объемом один литр

Двигатель весом 200 грамм, созданный европейскими инженерами, способен за шесть месяцев доставить на орбиту Луны спутник весом 1 кг. Маленькие ионные двигатели нового поколения, собираемые по технологии интегральных схем, сулят настоящую революцию в космических грузоперевозках.


Группа разработчиков, возглавляемая Государственной политехнической школой в Лозанне и входящая в европейский консорциум по созданию электрических ракетных микродвигателей MicroThrust, заявила о создании первого рабочего прототипа ультракомпактного космического двигателя нового поколения, использующего технологию матричных микросопел.


По аналогии с интегральными микросхемами ключевые узлы таких движков будут собираться без использования ручного труда – методом фотолитографии, что ускоряет и упрощает процесс изготовления ионных двигателей, существенно снижая в конечном итоге стоимость космического транспорта.


Такие двигатели позволят быстро и относительно дешево выводить небольшие спутники с низких на более высокие земные орбиты и за их пределы, доставляя оборудование и грузы к Луне, а также, возможно, к Марсу.


Созданный европейцами рабочий прототип предназначен для транспортировки микроспутников размером 10х10х10 см3, и, несмотря на свой крошечный размер и вес (примерно 200 грамм, включая топливо и схемы управления), отличается высокой экономичностью и тяговой эффективностью. Такой двигатель уже планируют установить на сборщик космического мусора, создаваемый по программе CleanSpace One, а также на десятки микроспутников, предназначенных для мониторинга радиоизлучения ультрадлинного диапазона с обратной стороны Луны (программа OLFAR).


«В настоящий момент наноспутники жестко привязаны к своей орбите. Наша цель – их освободить», – объясняет смысл разработки Херберт Ши, координатор консорциума MicroThrust и директор подразделения микросистем для космической отрасли при Политехнической школе в Лозанне.


Научный и коммерческий интерес к наноспутникам сейчас огромный, так как стоимость их производства исчисляется всего десятками или сотнями тысяч долларов, в то время как стоимость обычных спутниковых платформ может доходить до нескольких сотен миллионов. Между тем развитие этой перспективной отрасли сильно сдерживается из-за отсутствия дешевой и эффективной двигательной установки, расширяющей функциональность наноспутников и делающей их по-настоящему автономными устройствами.


Разработанный европейцами ультракомпактный космический движок представляет собой разновидность ионного двигателя – технологии, давно и успешно используемой в маневровых двигателях спутников, а с недавнего времени и в маршевых установках межпланетных автоматических станций. В качестве рабочего тела в таком двигателе используются ионы газов (ксенона, аргона, аммиака и др.), разогнанные электростатическим полем.


Ионные электростатические двигатели характеризуются очень маленьким расходом рабочего тела (топлива) и очень высокой скоростью истечения ионов, создающих тягу.


Однако, несмотря на огромную скорость истечения вещества (до 200 км/c по сравнению с 3 км/c в химических реактивных двигателях), из-за его низкой плотности тяга и итоговое ускорение аппаратов, снабженных слаботочными ионными моторами, очень маленькие. С помощью такого двигателя не получится взлететь с поверхности планеты или даже крупного астероида. Но вот для медленного, но экономичного разгона находящихся в невесомости космических аппаратов и тем более крошечных спутников их использовать удобно: они компактны, почти безотказны и очень экономичны.


Теперь инженеры из MicroThrust предлагают космическим агентствам принципиально новую технологию, благодаря которой ионные электрические двигатели станут совсем миниатюрными, еще более надежными и еще более дешевыми.


Достигнуть этого удалось двумя путями.


Во-первых, используя в качестве источника ионов не дорогостоящие и дефицитные инертные газы, а ионную жидкость EMI-BF4 (ионная жидкость – вещество, состоящее только из электрически заряженных молекул и жидкое при низких температурах). По сравнению со сжиженными ксеноном и аргоном, число ионов, получаемых с единицы объема топлива, у ионной жидкости больше.


Во-вторых, используя для выброса тяговых ионов кремниевые микросопла, которые сгруппированы в компактную тяговую матрицу из 1000 сопел площадью всего один квадратный сантиметр.


Сначала ионная жидкость под действием капиллярной силы попадает из топливного резервуара в капиллярные трубопроводы и далее устремляется к соплам, к которым приложен электрический потенциал 1000 В. Здесь ионы разгоняются дополнительным электродом, формируя реактивную струю. Каждую секунду полярность электрического поля меняется на противоположную, что позволяет использовать для разгона все ионы – как положительные, так и отрицательные.


В сборе капиллярные трубопроводы, кремниевые микросопла и разгонные электроды представляют собой миниатюрное устройство, на манер интегральной микросхемы собираемое из пластин электроизолятора и кремния, на которых фотолитографическим способом формируются капилляры, сопла и электроды. Это позволяет автоматизировать процесс, соединяя детали с ювелирной точностью.


Используя интегральную технологию, производство ионных двигателей можно будет поставить буквально на поток.


Серьезной проблемой, по признанию инженеров, стало электрическое обеспечение двигательной установки, объем которой составляет примерно 1 литр, что сильно ограничивает площадь солнечных батарей, питающих ионный ускоритель. Однако и ее удалось решить: один двигательный модуль с тысячевольтным инжектором и сантиметровой матрицей в 1000 микросопел потребляет в общей сложности 4 Ватта.


За шесть месяцев микроспутник, снабженный таким движком, может разогнаться со стартовых 24 тысяч км/ч (6,67 км/с) до 42 тысяч км/ч (11,67 км/с). Его ускорение будет мизерным – около десятой доли миллиметра на секунду в квадрате, но в условиях невесомости и отсутствия трения этого вполне достаточно, чтобы управлять небольшими спутниками на земной орбите и даже отправлять их в весьма далекие путешествия.


«Для того чтобы достичь лунной орбиты, спутнику весом 1 кг, снабженному нашим двигателем, потребуется 6 месяцев и всего 100 мл топлива», – резюмирует один из конструкторов микродвижка Мюриэль Ришар.


Добавим, что, благодаря несложной масштабируемости, количество матриц можно увеличивать в соответствии с массой и размером спутника, доводя полезную нагрузку до 100 кг.


Рабочий прототип ультракомпактного ионного двигателя нового поколения, открывающего новую страницу в истории космоплавания, будет официально представлен на международной конференции Space Propulsion 2012, которая откроется в Бордо (Франция) 7 мая.




Дмитрий Малянов

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
7 комментариев
№0
02.04.2012 11:34
Интересная тема.
Только про "...со стартовых 24 тысяч км/ч (6,67 км/с) до ...", - не понял...
0
Сообщить
№0
02.04.2012 11:47
Цитата
олько про "...со стартовых 24 тысяч км/ч (6,67 км/с) до ...", - не понял...

Действительно странно. Только для выхода на орбиту Земли необходимо 7.9 км/с
0
Сообщить
№0
02.04.2012 19:50
Так в том и прикол, что забрасывать их на орбиту придётся обычной ракетой с ЖРД :) Этой технологии уж шестьдесят лет в обед, просто Газетка в своём желтушном духе подала материал под сенсационным заголовком.
0
Сообщить
№0
02.04.2012 19:55
Цитата
Так в том и прикол, что забрасывать их на орбиту придётся обычной ракетой с ЖРД
Это то понятно. С Земли без химии пока никак. Но причём здесь 6.7
0
Сообщить
№0
02.04.2012 20:07
Цитата
Но причём здесь 6.7

Ну, дело несложное: видимо, речь идёт о том, что после преодоления ЖРД-ракетой второй космической скорости отделение от неё спутника и его переход на собственный двигатель произойдёт на таком удалении от Земли, где скорости в 6,7 км/с уже будет достаточно для преодоления её остаточного гравитационного потенциала.
0
Сообщить
№0
02.04.2012 21:11
Цитата
Ну, дело несложное: видимо, речь идёт о том, что после преодоления ЖРД-ракетой второй космической скорости отделение от неё спутника и его переход на собственный двигатель произойдёт на таком удалении от Земли, где скорости в 6,7 км/с уже будет достаточно для преодоления её остаточного гравитационного потенциала.

Опять не понятно. Для выхода на опорную орбиту уже необходима первая космическая - 7.9. А ежели он(аппарат) ещё не вышел на опорную, то никакой ионный ,с мизерной тягой не вытянет на опорную.
0
Сообщить
№0
03.04.2012 21:21
Цитата
Этой технологии уж шестьдесят лет в обед, просто Газетка в своём желтушном духе подала материал под сенсационным заголовком.
Уже шестьдесят лет ионные реактивные двигатели изготавливают методом фотолитографии?
0
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 03.04 20:40
О тонких гранях мира.
  • 03.04 18:45
  • 0
О гонке вооружений в космосе, и позиции сторон.
  • 03.04 15:58
  • 8310
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 03.04 15:13
  • 1
США и их сателлиты отклонили проект резолюции РФ в ООН о запрете гонки вооружений в космосе
  • 03.04 15:06
  • 1
США предупредили Европу о негативных последствиях отказа от их оружия
  • 03.04 11:09
  • 14
Тегеран подготовил ракеты для потенциального ответа США - СМИ
  • 03.04 06:05
  • 0
Ответ на "ВКС России получили новые истребители Су-35, но в дальнейшем рост экспорта может сократить внутренние закупки (Military Watch Magazine, США)"
  • 03.04 05:29
  • 0
Ответ на "NI: российский комплекс ПВО С-500 обеспечит России преимущество в СВО"
  • 03.04 05:10
  • 20
Российские системы ПВО: первый опыт реального боевого применения
  • 03.04 04:42
  • 0
Ответ на "Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений"
  • 03.04 01:09
  • 1
Ростех создал уникальный пресс для гибки деталей фюзеляжа самолета
  • 03.04 00:16
  • 1
Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений
  • 02.04 21:46
  • 0
Ответ на "США проигрывают в борьбе за передел мира (Bloomberg, США)"
  • 02.04 17:57
  • 1467
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 02.04 17:35
  • 0
Польские стенания об оружии. Часть 1