Специалисты Московского авиационного института разработали двигательную установку плазменного класса для малых и средних космических аппаратов. Ключевое отличие новинки — отсутствие износа деталей, который обычно ограничивает срок службы подобных устройств.
Как пояснил руководитель проекта, заместитель директора по развитию Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ Александр Богатый, электроракетные двигатели разных типов нередко демонстрируют высокие характеристики лишь в начале работы, а затем их показатели постепенно падают. Из-за этого на выполнение тех же орбитальных задач требуется всё больше времени, и полётное задание приходится регулярно корректировать. При использовании новой разработки такая поправка не нужна: эксперименты подтвердили, что удельные характеристики остаются неизменными. Значит, двигательные системы будут работать стабильно и предсказуемо на протяжении всего срока функционирования спутника на орбите — до плановой замены, то есть 5–7 лет после ввода в эксплуатацию. Управление аппаратами упрощается, что экономит временные и материальные ресурсы и в итоге повышает эффективность орбитальной группировки.
Главный конструктор двигателя, ведущий инженер НИИ ПМЭ МАИ Егор Шилов объяснил, что в основе инновации — особый подход к организации рабочих процессов. Зона ускорения плазмы, где формируется струя заряженных частиц, создающая реактивную тягу, особым образом организована с помощью магнитных полей. В традиционных плазменных двигателях заряженные частицы на большой скорости бьют о стенки керамического разрядного канала, постепенно разрушая их: исходная форма канала искажается, тяга и скорость истечения плазмы падают. В новом двигателе конструкцию изменили так, чтобы зона ускорения была полностью вынесена за пределы разрядного канала — поэтому частицы, разгоняясь, не ударяют по поверхности изолятора и не разрушают его.
По словам конструктора, мощность двигателя составляет 900 Вт, а расчётное число включений и выключений превышает 10 000 циклов. Такие параметры позволяют эксплуатировать агрегат в составе космических аппаратов массой от нескольких сотен килограммов до тонны и более.
Двигатель даст возможность своевременно поднимать орбиту спутника, компенсируя аэродинамическое торможение в верхних слоях атмосферы, и расширит возможности маневрирования. Аппараты смогут оперативно менять траекторию, уходить от столкновения с космическим мусором и сохранять своё место в орбитальных группировках, а в конце срока существования — сводиться с орбиты, что решает проблему засорения космоса.
Кроме того, почти неограниченный ресурс силовой установки открывает путь к более амбициозным миссиям — в том числе экспедициям малых аппаратов к удалённым объектам: Луне, Марсу, Венере и другим планетам. Среди перспективных задач — исследование околоземных астероидов, включая оценку их ресурсного потенциала и отработку технологий добычи полезных ископаемых, в том числе редкоземельных и благородных металлов.
Сейчас изделие проходит цикл ресурсных испытаний. Тесты показали, что тяга и удельный импульс двигателя остаются постоянными на протяжении почти 2000 часов непрерывной работы. Следующий шаг — дальнейшая наработка ресурса для точного определения предельного срока службы.
— Разработка ориентирована в первую очередь на молодые частные компании, которым критичны стоимость, доступность, возможность серийного производства двигателей и гибкий подход к испытательной программе, — поделился Александр Богатый.
По его словам, с технической стороны изделие готово к серийному выпуску. При наличии заказов срок доработки под конкретные космические аппараты оценивают примерно в полгода. В целом новая разработка может стать основой для семейства отечественных плазменных двигателей.
Фото: Личный архив Егора Шилова
Источник : пресс-служба МАИ
