Российские ученые подготовили аванпроект электрического коллоидного реактивного двигателя для наноспутников
Речь идет о силовой установке, работающей на ионной жидкости — расплавах солей из смеси положительных и отрицательных ионов. По словам разработчиков, такие двигатели, в случае успешной реализации проекта, смогут доставлять сверхмалые космические аппараты с высокой околоземной орбиты на окололунную.
Авторами аванпроекта выступили инженеры Национального исследовательского ядерного университета (НИЯУ) “МИФИ” и созданного при нем малого инновационного предприятия “Спутниковые технологии и астроразработки” (СТАР). Они предлагают оснастить наноспутники электроракетными коллоидными двигателями типа “электроспрей”.
Рабочим телом в таких двигателях будут ионные жидкости — растворы, содержащие только ионы. В широком смысле — это любые расплавы солей, например, поваренной (хлорида натрия) при температуре выше 800° С, на что необходимо потратить много энергии. Поэтому, как подчеркивают разработчики, крайне важно выбрать оптимальный состав ионной жидкости: на практике задействуют более сложные соединения, которые в космосе будут уже в жидком состоянии.
Как уточнил главный конструктор проекта Игорь Егоров, необходимо, чтобы рабочее тело равномерно расходовало как положительные, так и отрицательные ионы. Последние ускоряются под влиянием сильного электрического поля, затем вырываются и образуют реактивную струю. По словам Егорова, это самый эффективный способ разгона космических аппаратов до высоких скоростей, которые открывают новые горизонты для космических исследований. Между тем в традиционных химических двигателях, в отличие от электроракетных, скорость истечения струи, определяющая экономичность двигательной установки, ограничена энергией химической реакции.
"Расчеты показывают, что кубсату из 12 юнитов с коллоидным двигателем по силам перелететь с геостационарной околоземной на окололунную орбиту. Сейчас ракеты на геостационар запускают регулярно. Если попутно доставить туда небольшой аппарат, который сам доберется до окрестностей Луны, это значительно снизит стоимость таких миссий”, — отметил Егоров.
В этом году инженеры планируют завершить первый этап — подтвердить заложенные в конструкцию параметры и построить лабораторный образец. В последующие годы планируется выйти на серийное производство.
Как подчеркнул гендиректор ООО “Звезда” Александр Сенкевич, удельный импульс коллоидных двигателей может достигать 500–1500 секунд, а значение тяги по отношению с затратам электроэнергии — до 200 мкН/Вт. Учитывая особенности конструкции, “электроспрейные” двигатели можно изготавливать с помощью 3D-печати. Вместе с тем, по мнению экспертов, важно обеспечить стабильную и надежную работу двигателей: нужно очень точно формировать струю частиц, чтобы не образовывать крупных скоплений на излучателях.