Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий
Экономичный привод для малых спутников разрешит им преобразовываться в межпланетные станции, талантливые на независимые рейсы к Луне, астероидам либо Марсу. В силу дешевизны аналогичных аппаратов они смогут революционизировать изучение космоса.
Инженеры из политехнической школы Лозанны (EPFL) выстроили прототип ионного двигателя называющиеся MicroThrust. Он рекомендован для космических аппаратов весом от 1 до 100 килограммов.
Такие аппараты, часто создаваемые в институтах и университетах, в большинстве случаев запускают как недорогую попутную нагрузку вместе с более большими спутниками. Наряду с этим малыши остаются на тех орбитах, на каковые их доставила ракета-носитель.
Но представьте, как расширились бы возможности учёных, если бы недорогие «разведчики» имели возможность самостоятельно разлетаться по Солнечной совокупности, не нуждаясь в больших разгонных блоках либо в объединении с редкими и дорогими флагманскими межпланетными миссиями.
Главная мысль проекта: освобождение пико- и наноспутников от оков околоземной орбиты (иллюстрация EPFL).
В разработке сверхкомпактного космического привода кроме EPFL как ведущей организации примает участие множество компаний и институтов Англии, Швеции и Нидерландов. инженеры и Учёные уже создали пара моделей и макетов, а сравнительно не так давно на свет появился первый рабочий пример двигателя MicroThrust.
Данный двигатель весит менее 200 граммов, включая управляющую электронику а также горючее (порядка 100 г). Он бывает легко интегрирован в спутник размером всего 10 х 10 х 10 сантиметров, а ведь это узнаваемый и набирающий популярность формат CubeSat.
Новый двигатель европейцы кроме этого именуют «электроспреем». Его принцип несложен.
Высокое напряжение, прикладываемое между электродом и капилляром, заставляет ионную жидкость вырабатывать конус, с конца которого поле вырывает отдельные ионы. Добавочный разгонный электрод (на рисунке не продемонстрирован) может существенно расширить скорость этих частиц (иллюстрация EPFL).
Запас рабочего тела в MicroThrust представляет собой не газ, а ионную жидкость. Этим двигатель также отличается от предшественников.
Авторы устройства выбрали состав EMI-BF4, используемый в ряде областей техники в роли электролита.
На протяжении работы устройства эта жидкость за счёт капиллярных сил поступает в микроскопические кремниевые сопла. Свыше тысячи таких отверстий на любой квадратный сантиметр расположены на поверхности маленьких чипов, составляющих сердце двигателя.
На финише сопла ионы извлекаются из жидкости за счёт сильного электрического поля. Для его генерации чипы снабжены решётчатыми электродами.
К ним прикладывается напряжение в четыре тысячи вольт.
Схема новинки. Базу устройства составляют микрочипы с тысячами сопел-капилляров (вверху справа).
Каждое такое сопло (внизу) напрямую сообщается с топливным баком, содержащим ионную жидкость. Правее капилляра видны извлекающий и ускоряющий электроды.
Вверху слева продемонстрирован один из спутников, на котором возможно применён новый ионный двигатель (иллюстрация EPFL).
Ионы покидают чипы со скоростью порядка 10-11 км/с либо кроме того выше, создавая тягу до 100 микроньютонов (при удельном импульсе приблизительно в 3000 секунд). Наряду с этим полярность поля за одну секунду изменяется, так что для создания реактивной струи в новой конструкции употребляются и хорошие, и отрицательные ионы.
Умелые чипы с одним и девятнадцатью капиллярами под микроскопом. Готовые устройства являются квадратиками со стороной 1 см (фотографии EPFL).
Не смотря на то, что для работы этого двигателя нужно высокое напряжение, расходуемая им энергия более чем скромна. MicroThrust способен уложиться в возможности маленьких солнечных батарей обычного наноспутника, потому, что потребляет менее 4 ватт мощности.
Ускорение, развиваемое подобным аппаратом, весьма мало. Но за полгода работы устройства MicroThrust всего 100 миллилитров горючего смогут перенести 10-сантиметровый спутник с околоземной орбиты к Луне, утверждают авторы проекта.
Наряду с этим скорость для того чтобы «исследователя» будет неспешно увеличена с начальных 6,7 до 11,7 км/с.
Пробная решётка с 19 соплами была протестирована в вакуумной камере (фотографии EPFL).
на данный момент европейские учёные занимаются доводкой конструкции двигателя. Они утвержают, что на тесты и отладку уйдёт ещё год.
И уже известны пилотные миссии, в которых будет использован новый привод.
Во-первых, речь заходит об орбитальном мусорщике CleanSpace One, создаваемом в EPFL. А во-вторых, устройство MicroThrust должно быть установлено на спутниках голландского проекта OLFAR.
Последний предусматривает развёртывание далеко от Почвы целого роя наноспутников. Сообща они организуют низкочастотный радиотелескоп с апертурой в десятки километров.
Швейцарцы показывают, что запуск аппарата CleanSpace One может состояться года через три-четыре, а проект OLFAR должен быть реализован в течение десятилетия.
