Ученые Московского авиационного института совместно с коллегами из Самарского национального исследовательского университета разработали импульсный плазменный двигатель на газообразном рабочем теле для наноспутников массой до 10 кг. Лабораторный образец установки уже создан, а ее работу дополнительно описали с помощью математической модели.
Новый двигатель должен помочь небольшим спутникам выполнять маневры на орбите и дольше сохранять рабочую высоту. Для наноспутников это особенно важно из-за ограничений по массе, объему и доступной электрической мощности. Двигательная установка позволяет периодически корректировать орбиту, компенсируя торможение аппарата в верхних слоях атмосферы, а также распределять спутники по орбите после запуска.
В основе конструкции находится высокоскоростной электромагнитный клапан с тонкой подвижной мембраной. При коротком импульсе тока электромагнитное поле отводит мембрану от уплотнительного седла, и порция газа поступает в канал двигателя. После этого давление газа возвращает мембрану в исходное положение.
Главной особенностью конструкции стала сама мембрана. В отличие от предыдущих решений, ее изготовили из ферромагнитного материала. По замыслу разработчиков, это позволяет усилить воздействие электромагнитного поля и повысить эффективность клапана.
В конструкции нет трущихся деталей, что должно снизить износ и повысить долговечность механизма. Электромагнитное управление также позволяет быстро открывать и закрывать клапан при сравнительно небольшом энергопотреблении. По расчетам и результатам экспериментов, в космосе двигатель сможет работать с частотой подачи газа 1–2 Гц.
Разработчики рассчитывают, что клапан выдержит более миллиона циклов открытия и закрытия без существенной деградации. Этого, по их оценке, достаточно примерно для 300 часов активных маневров спутника.
В установке можно использовать разные газы в качестве рабочего тела. Изначально двигатель создавали для азота, который показал стабильную подачу и предсказуемый расход. Затем специалисты начали использовать криптон. Этот тяжелый инертный газ позволяет получить более высокую тягу и эффективнее разгонять частицы в плазменном канале. Также ученые рассматривают ксенон и другие газы.
Следующим этапом станут дополнительные исследования рабочих тел и комплексные испытания двигателя в условиях, максимально приближенных к космическому полету. Если разработка подтвердит расчетные характеристики, ее можно будет использовать для коррекции орбит и управления группировками малых спутников.
Читайте также:
FAA разрешило первый орбитальный полет Starship — 7 технологий SpaceX
Китай провел дозаправку спутника BeiDou на высокой околоземной орбите
Телескоп «Нэнси Грейс Роман»: как NASA будет снимать атлас Вселенной