Как долететь до Луны на половине стакана топлива

Как долететь до Луны на половине стакана топлива

Новый малый ионный микродвигатель наконец-то может сделать реальностью пресловутые микроспутники, которые вот уже несколько лет обещают радикально снизить стоимость исследовательских полётов в космос.

Ионные двигатели — новость с огромной бородой; их применению в космосе скоро исполнится полвека. Тем не менее до недавнего времени их роль ограничивалась маневрированием на околоземной орбите. И хотя Dawn, самый быстрый из КА землян, приводится в движение именно тремя ионными двигателями, их проблемой всегда был малый удельный импульс, который они придают кораблю.

А вот с микроспутниками, масса которых исчезающе мала, всё может и должно быть много лучше. Двигатель весом в 200 г (с контролирующей электроникой), разработанный в Федеральной политехнической школе Лозанны (Швейцария), способен за шесть месяцев доставить с низкой околоземной орбиты к Луне килограммовый спутник объёмом около 1 дм³. Незначительная масса аппарата, таким образом, компенсирует низкий удельный импульс двигателя, видеоматериал о котором представлен ниже.

Ключевые узлы микродвигателя собираются при помощи фотолитографии, используемой при производстве электроники (слишком уж малы компоненты!). Понятно, что на конвейере их стоимость просто рухнет. Основное назначение разработки — разгон КА с низких околоземных орбит на геостационарную и лунную орбиты, а также отправка к более далёким объектам Солнечной системы.

Для выброса ионов двигатель использует кремниевые микросопла, сгруппированные в компактную тяговую матрицу, в которой 1 000 сопел приходится на один квадратный сантиметр площади. Сначала 1-этил-3-метилимидазолий тетрафторборат (ионная жидкость) без какого-либо топливного насоса, под действием капиллярной силы попадает из маленького топливного бака в капиллярные трубопроводы и далее к соплам, где затем ионы топлива разгоняются электродом, к которому подведено напряжение в 1 000 В. Каждую секунду полярность электрического поля на электроде меняется на противоположную, что позволяет использовать для разгона все ионы — как положительные, так и отрицательные.

В первую очередь разработка будет установлена на швейцарский CleanSpace One, о котором мы уже писали. Назначение спутника — однократная миссия по удалению с земной орбиты предыдущего космического аппарата, запущенного швейцарцами и ныне являющегося космическим мусором. По мысли Швейцарского космического агентства, этому примеру смогут последовать остальные космические державы, начав за собой орбитальную уборку. В будущем новые двигатели будут ставить на микроспутники Европейского распределённого космического радиотелескопа (программа OLFAR).

Однако потенциальное применение у двигателя гораздо шире. Он, как и всё, что делается фотолитографированием, легко может производиться массово, а модульная конструкция позволяет объединять двигатели в крупные блоки. Действующая модель даёт ускорение в 0,1 мм/с² для спутника весом в 1 кг. Поэтому, чтобы разогнаться с 24 000 км/ч (начальная скорость, придаваемая спутнику химической ракетой, которая выведет его на орбиту) до 42 000 км/ч (вторая космическая скорость), такому КА потребуется шесть месяцев непрерывной работы. При этом он потребует 4 Вт мощности (микроскопические фотоэлементы килограммового спутника как раз справятся) и всего 100 мл топлива — меньше половины стакана. А тысяча таких установок могут сделать то же самое с 1 000-килограммовым космическим кораблём, потратив всего 100 литров ионной жидкости. Чтобы долететь до Марса, Титана или любой другой точки Солнечной системы, отныне нужно меньше топлива, чем когда-либо. По сути, отправить туда автоматический КА будет стоить не сильно дороже, чем к МКС; нужно лишь масштабировать двигательную установку, объединив множество микродвигателей.

Открываются перспективы и перед орбитальными спутниками. Теоретически активное маневрирование и переход с орбит доступны спутникам любого размера и массы, в том числе в «весе мухи» (до килограмма). А значит, аппараты можно будет запускать группами даже с самой маленькой ракеты-носителя, и при этом каждый из них будет иметь собственную цель не только на любой мыслимой орбите вокруг нашей планеты, но и в любой мыслимой точке Солнечной системы.

Подготовлено по материалам Федеральной политехнической школы Лозанны.

Источник: science.compulenta.ru

Похожие новости:
NASA создаст роботов для ремонта и дозаправки спутников
Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA) США приступило к испытанию роботизированной системы PROxiTT, предназначенной для автоматизированной дозаправки спутников на орбите. Согласно сообщению управления, первые испытания системы состоялись в лаборатории на земле в начале февраля 2014 года, ..
2014-02-18 1626 0 Космос
0
NASA переведет свои ракеты на биотопливо
Со времен первого запуска ракеты, и до сих пор, в роли одного из основных элементов топлива для вывода спутников на орбиты и корректировки их траекторий, используется гидразин, которым еще заправляли немецкие истребители-перехватчики во время второй мировой войны. В основном он используется во вспомогательных двигателях в виде ..
2014-07-29 1722 0 Космос
0
Индийцы создадут ракету с полукриогенным двигателем
Индийская компания Godrej Aerospace практически завершила проектирование нового полукриогенного ракетного двигателя, сообщает Aviation Week. Такие силовые установки будут использоваться на перспективных тяжелых ракетах-носителях, которые смогут нести полезную нагрузку массой до 9,1 тонны. По этому показателю ..
2016-02-20 2249 0 Космос
0
Ученые нашли способ вдвое удешевить полеты на Марс
Американские ученые предложили использовать бактерии для синтезирования топлива, продуктов питания и лекарств, необходимых в длительных полетах на Марс и другие планеты солнечной системы. Технологии синтетической биологии позволят радикально снизить объемы груза, необходимого для подобных миссий, утверждают ..
2014-11-08 1644 0 Космос
0
Российские ученые предложили ускорять ракеты при помощи лазера
Российские ученые предложили использовать лазеры для ускорения ракет и самолетов до высоких сверхзвуковых скоростей. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Applied Optics, а кратко с ним можно ознакомиться на сайте Оптического общества. В настоящее время максимальная скорость космического аппарата ..
2014-11-06 1677 0 Космос
0
Россия сократит число пусков с космодрома Байконур
Россия и Казахстан договорились о постепенном снижении количества пусков ракеты-носителя «Протон» с космодрома Байконур. Об этом со ссылкой на главу Роскосмоса Олега Остапенко сообщают РИА Новости.Глава Роскосмоса добавил, что Россия с Казахстаном по годам расписали запуски «Протона». «Вопрос абсолютно согласован ..
2014-11-24 2069 0 Космос
0
Ученые предсказали взрыв разгонного блока Бриз-М
Разгонный блок «Бриз-М», который не смог вывести на расчетную орбиту спутники «Экспресс-МД2» и «Телком-3», может взорваться. Об этом 15 августа Интерфаксу заявил ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт. Как пояснил ученый, в настоящее время «Бриз» ..
2012-08-15 1937 0 Космос
0
Индия продлила на полгода свою первую марсианскую миссию Mangalyaan
Индийская организация космических исследований продлила на полгода миссию Mangalyaan на орбите Марса. Это произошло из-за избытка топлива у межпланетной автоматической станции, сообщает издание The Hindu. На орбиту Марса индийский зонд вышел 24 сентября 2014 года. Завершение миссии ..
2015-03-26 1659 0 Космос
0
Астрономы предсказали судьбу Юпитера
Астрономы предсказали, что ждет Юпитер после того, как Солнце исчерпает большую часть своего топлива, станет красным карликом и увеличится в размерах. Работа принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal, ее препринтдоступен в архиве Корнельского университета. Кратко содержание работы ..
2012-07-18 1871 0 Космос
0
NASA испытало систему дозаправки спутников
Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA) США в феврале 2014 года провело испытания роботизированной системы PROxiTT, предназначенной для автоматизированной дозаправки спутников на орбите. Согласно сообщению управления, испытания системы были признаны успешными. В перспективе ее планируется ..
2014-03-07 1726 0 Космос
0
Казкосмос не обнаружил на Байконуре вредных веществ
Токсичные вещества гептил и амил на Байконуре и прилегающей территории не обнаружены. Об этом сообщило национальное космическое агентство Казахстана "Казкосмос". Таким образом, после аварии ракеты-носителя "Протон-М" наличие вредных веществ в почве и воздухе в районе ЧП не было зафиксировано. Отмечается также, ..
2013-07-2 1651 0 Космос
0
Астроном-любитель из Франции снял на видео падающий Фобос-Грунт
Французский астроном-любитель снял на видео российский космический аппарат "Фобос- Грунт", который должен упасть на землю в середине января. Тьерри Лего из Парижа удалось сделать видеозапись, на которой хорошо видны баки для топлива, а также панели с солнечными элементами аппарата. ..
2012-01-8 2108 0 Космос
0
Завтра Землю накроет сильная магнитная буря
В минувший понедельник Солнце выбросило гигантский "жгут" плазмы, который движется по направлению к Земле, что вызовет на планете магнитную бурю во второй половине среды, 2 октября. По словам директора Центра прогнозов космической погоды Института земного магнетизма, ионосферы ..
2013-10-1 1775 0 Космос
0
Добыча полезных ископаемых на астероидах легализована в США
Конгресс США принял законопроект, согласно которому американские компании могут вести добычу ресурсов на космических телах. Помимо этого, документ регламентирует продление сроков использования МКС со стороны США до 2024 года. Вскоре документ должен подписать президент Барак Обама, ..
2015-11-12 1860 0 Космос
0
«Роскосмос» раскрыл планы по уничтожению МКС
Заместитель начальника отдела баллистики РКК «Энергия» (входит в госкорпорацию «Роскосмос») Рафаил Муртазин спрогнозировал возможные этапы уничтожения МКС, передает РИА Новости.Эксперт полагает, что во время затопления станции на Землю упадет около 120 тонн несгоревших обломков (при общей массе ..
2018-01-25 3553 0 Космос
-1