Первый прототип нового ультракомпактного двигателя, который позволит небольшим спутникам выходить за пределы земной орбиты, только что вышел из лабораторий EPFL, где он был построен. Цель микромотора: резко снизить стоимость освоения космоса.

Представьте, что вы долетели до Луны, используя всего десятую часть литра топлива. С их ионным двигателем MicroThrust ученые EPFL и их европейские партнеры делают это реальностью и открывают новую эру недорогих космических исследований. Полный двигатель весит всего несколько сотен граммов и специально разработан для запуска небольших (1-100 кг) спутников, которые он позволяет изменять орбиту вокруг Земли и даже совершать полеты в более отдаленные пункты назначения - функции, обычно доступные только для больших, дорогих космических аппаратов. Ожидается, что только что выпущенный прототип будет использоваться на CleanSpace One, спутнике, разрабатываемом в EPFL, который предназначен для очистки от космического мусора, и на OLFAR, рое голландских наноспутников, которые будут записывать сверхнизкочастотные сигналы на обратной стороне Луны.

Двигатель, предназначенный для установки на спутниках размером всего 10x10x10 см3, чрезвычайно компактен, но при этом высокоэффективен. Прототип весит всего около 200 граммов, включая топливо и управляющую электронику.

Небольшие спутники сейчас в моде, потому что затраты на их производство и запуск относительно невелики - около полумиллиона долларов по сравнению с обычными спутниками, которые исчисляются сотнями миллионов. Но наноспутникам в настоящее время не хватает эффективной двигательной установки, которая сделала бы их по-настоящему автономными и, следовательно, способными выполнять исследовательские или наблюдательные миссии.

Двигатель, который не сжигает топливо

Вместо горючего топлива новый минимотор работает на "ионной" жидкости, в данном случае на химическом соединении EMI-BF4, которое используется в качестве растворителя и электролита. Оно состоит из электрически заряженных молекул (как обычная поваренная соль), называемых ионами, за исключением того, что это соединение является жидким при комнатной температуре. Ионы извлекаются из жидкости, а затем выбрасываются с помощью электрического поля для создания тяги. Это принцип, лежащий в основе ионного двигателя: топливо не сжигается, оно выбрасывается.

В двигателе, разработанном в EPFL, поток ионов испускается из множества крошечных кремниевых сопел - более 1000 на квадратный сантиметр. Топливо сначала направляется капиллярным действием из резервуара к оконечности микронасадок, где ионы затем извлекаются электродом, находящимся под напряжением 1000 Вольт, ускоряются и, наконец, выбрасываются из задней части спутника. Полярность электрического поля меняется каждую секунду, так что все ионы - положительные и отрицательные - выбрасываются.

SystematIC Design, партнер проекта MicroThrust, разработал электрическую систему двигателя. Система выброса ионов требует высокого электрического напряжения, но доступная энергия на борту 1-литрового наноспутника ограничена несколькими небольшими солнечными элементами - на практике около четырех ватт мощности. Голландская компания смогла разработать систему, которая преодолела эту трудность.

Крейсерская скорость: 40 000 км в час

После шести месяцев ускорения скорость микроспутника увеличивается с 24 000 км / ч, скорости его запуска, до 42 000 км / ч. Ускорение составляет всего около десятой доли миллиметра в квадратную секунду, что составляет 0-100 км / ч за 77 часов. Но в космосе, где нет трения, препятствующего движению, необходимо мягкое, но устойчивое ускорение.

"Мы подсчитали, что для достижения лунной орбиты наноспутник весом 1 кг с нашим двигателем будет путешествовать около шести месяцев и израсходует 100 миллилитров топлива", - объясняет Мюриэль Ришар, ученый из Швейцарского космического центра EPFL.

Ионный двигатель будет приводить в действие CleanSpace One - наноспутник, миссия которого состоит в том, чтобы очищать космос, захватывая космический мусор и втягивая его в атмосферу Земли для безопасного сжигания. По данным Швейцарского космического центра, CleanSpace One потребуется два-три месяца и более 1000 оборотов на земле, чтобы достичь одной из своих целей - выведенного из эксплуатации Swisscube cubesat или Tlsat-1 cubesat. И у ученых есть чуть больше года, чтобы доработать свою систему.

"У нашего прототипа все еще есть несколько проблем с потоком на концах сопел, что может привести к коротким замыканиям", - объясняет Ши. Прототип был разработан в контексте европейского проекта, координируемого EPFL, в котором участвовали Queen Mary и Westfield College в Великобритании, голландские компании TNO и SystematIC Design B.V., а также Nanospace AB в Швеции