До Луны на капле топлива: создан первый ультракомпактный двигатель
Цель микродвигателя - существенно уменьшать стоимость исследования космоса.
Сложно даже представить: долететь до Луны всего с четвертью литра топлива в баке. Но с созданием ионного микродвигателя MicroThrust ученые из EPFL и их европейские партнеры сделали это возможным и провозгласили начало новой эры бюджетного исследования космоса.
Готовый к работе двигатель весит всего несколько сотен граммов и предназначен для перемещения маленьких (1-100-килограммовых) спутников. MicroThrust способен доставить их с околоземной орбиты к Луне, к Марсу или в другое место назначения, на что обычно способны только большие дорогие космические корабли.
Недавно выпущенный опытный образец планируется апробировать на CleanSpace One - спутнике, который сейчас разрабатывается в EPFL для сбора космического мусора, а также на OLFAR - это серия голландских наноспутников, которые будут записывать ультранизкие радиочастотные сигналы на темной стороне Луны.
Ионный двигатель, разработанный в EPFL, расширит возможности наноспутников (фото gizmag.com)
Двигатель предназначен для спутников, размеры которых не превышают 10 x 10 x 10 см3, он очень компактен, но не менее эффективен. Прототип весит всего около 200 граммов, включая электронику и топливо.
Маленький «бак» для ионического жидкого топлива (фото gizmag.com)
«В настоящее время наноспутники привязаны к своим орбитам. Кроме того, что они не могут сдвинуться с места, их локации предопределяются большими аппаратами, которые доставляют их до орбиты как полезную нагрузку. Наша цель в том, чтобы сделать их самостоятельными и мобильными объектами исследования», - говорит Герберт Ша, координатор европейского проекта MicroThrust и директор Лаборатории микросистем для космических технологий EPFL.
Сегодня маленькие спутники – это приоритетные разработки для всех космических компаний, потому что их производство и запуск стоит относительно недорого – приблизительно полмиллиона долларов, по сравнению с обычными спутниками, на которые уходят сотни миллионов. Но проблема наноспутников в настоящее время в отсутствии эффективной двигательной установки, которая делала бы их действительно автономными для осуществления миссий исследования или наблюдения.
Двигатель, который не сжигает топливо
Вместо горючего топлива новый мини-двигатель использует «ионную» жидкость - химическое соединение EMI-BF4, которое обычно используется в качестве растворителя и электролита. EMI-BF4 состоит из электрически заряженных молекул (как обычная столовая соль) - ионов, а при температуре приблизительно от 18 до 25 градусов Цельсия этот состав представляет собой жидкость. Чтобы произвести толчок, ионы извлекаются за счет мощного электрического поля. И это принцип работы ионного двигателя: жидкость не сжигается, а «выталкивается».
Электрическое поле меняется каждую секунду, чтобы «выталкивать» как положительные, так и отрицательные ионы (фото gizmag.com)
В двигателе, разработанном EPFL, поток ионов испускается из большого количества крошечных кремниевых форсунок, которых более 1000 на квадратный сантиметр. Сначала в дело вступают каппилярные силы, которые продвигают жидкость от топливного резервуара к краям микрофорсунок. Затем ионы извлекаются электродом, ускоряются и отправляются в заднюю часть спутника. Каждую секунду полярность электрического поля полностью изменяется так, чтобы все ионы – положительные и отрицательные – непрерывно выталкивались.
Кремниевые форсунки, которые испускают ионы (фото gizmag.com)
Компания SystematIC Design, партнер проекта MicroThrust, разрабатывала электрическую систему двигателя. Подобная двигательная система требует высокого электрического напряжения, но возможности наноспутника ограничиваются несколькими маленькими солнечными батареями – это приблизительно четыре ватта мощности. Голландская компания смогла разработать систему, которая преодолела эту трудность.
Эксплуатационная скорость: 40 000 км в час
После шести месяцев ускорения MicroThrust скорость микроспутника увеличивается с 24 000 км/ч (скорость запуска) до 42 000 км/ч. Двигатель способен обеспечить совсем небольшое ускорение – он разгоняется до 100 км/ч за 77 часов. Но в космосе, где нет трения, которое препятствует движению, медленное, но устойчивое ускорение – это хорошее решение, тем более, учитывая, что для работы двигателя потребуется всего несколько сотен миллилитров топлива.
Ионный двигатель запустит CleanSpace One – наноспутник, цель которого в том, чтобы очистить околоземное космическое пространство от космического мусора: устройство захватывает мусор и переносит его в атмосферу Земли, где он будет быстро сжигаться. Согласно данным швейцарского Космического центра, CleanSpace One потребуется два-три месяца, чтобы достигнуть одного из его мест назначения.
Исследователи говорят, что потребуется около года, чтобы завершить работу над ионным двигателем. Опытный образец был разработан в контексте европейского проекта, управляемого EPFL, в нем принимали участие группы ученых из Великобритании, Голландии и Швеции.
Комментарии читателей Оставить комментарий
Принцип тот же что и у струйных принтеров, там тоже пьезо эффект выталкивает жидкость через тонкие отверстия. Я читал ещё 30 лет назад в журнале "техника молодёжи" описание струйного принтера, причём разработка была самостоятельная, СССР пришел к этому независимо от запада. Но струйные принтеры в СССР понятно как и ЭВМ были редкость такая что только в журналах их и видели. Сам по себе этот двигатель нового не несёт, дозированные реактивные ипульсы. Это описывали ещё фантасты в своих сочинениях.
В РФ (ранее и в СССР) разрабатывали атомные двигатели, фотонные и изотопные. Ещё при Брежневе США обвиняли СССР что у нас запускали какие то спутники с атомными установками. Академик Велихов по ТВ рассказывал что такие разработки велись с 70-х годов. В СССР была своя "СОИ", предпологалось иметь группировку высокоманевренных спутников для уничтожения баллистических ракет США. Для них двигатели и делались.
А как он будет собирать космический мусор, та омгромные железяки, он весит граммы.
в "советское время" массы аппаратов составляли десятки тонн, тдтп.
Так что ионные двигатели даже "Техника - молодежи" обходила вниманием. Касательно поворота лучом - это конечно остроумно, но импульс луча будет меньше импульса даже вышеописанной игрушки, а еще износ зеркала учтите.
Водородная кухня тоже сложнее чем кажется: атомарный водород трудно удерживать,
в космосе очень низкие температуры. Неоходим постоянный нагрев, что является дополнительной головной болью.
Да, потрясающее изобретение Вританских ученых, ничего не скажешь! Еще во времена СССР существовал проект ионных двигателей, в которых в качестве активного вещества должен был использоваться атомарный водород. Но ввиду крайне низкой плотности вещества в открытом космосе, проект так и не получил практического применения. На современном этапе достойной альтернативой ионному двигателю может служить фотонный двигатель, который состоит всего из одного сверхлегкого зеркала. В направлении спутника, оснащенного таким зеркалом, с Земли посылаются импульсы лазерного излучения. За счет отражения фотонов от зеркала спутник получает ускорение. Максимальная скорость спутника по истечении достаточного времени может приближаться к скорости света. Для изменения направления движения используется механизм поворота зеркала относительного опорного светового луча.