Десять лет без дозаправки
Опытный образец нового ракетного двигателя для космических аппаратов разработали ученые Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого. Об этом сообщает пресс-служба вуза.
Ракетный двигатель основан на ускорении ионов в принципиально новой конструкции, в которой ряд технических устройств реализован впервые. Большая скорость факела позволяет получать требуемую тягу, экономно расходуя массу рабочего вещества. Поэтому его должно хватить для управления полетом аппарата на десяток лет и более, говорят разработчики.
Основным возобновляемым ресурсом на борту корабля в космическом полете служит электроэнергия, которую получают путем преобразования солнечных фотонов в электричество с помощью фотоэлементов. В космосе интенсивность потока солнечных фотонов многократно выше, чем на поверхности Земли, на пути к которой фотоны поглощаются атмосферой. В ракетных двигателях на борту корабля электрическая энергия используется для преобразования топлива, или рабочего тела, в факел ускоренных частиц, выбрасываемый в открытое пространство. За счет этого получается реактивное движение.
Как рассказал «Стимулу» один из авторов разработки профессор СПбПУ, доктор физико-математических наук Олег Цыбин, рабочий цикл двигателя выглядит так: «Сначала рабочее тело надо “испарить”, то есть преобразовать в пар или газ. Затем частицы парогазовой фазы заряжают, то есть превращают в ионы. Ионы ускоряют в электрическом ускорителе. Когда ионы наберут достаточную скорость, их “выстреливают” в пространство. Ионы — основной рабочий инструмент. Поэтому такие двигатели называются ионными. Перед выбросом реактивного факела ионы необходимо нейтрализовать, то есть снова преобразовать в нейтралы. Если выбрасывать ионы, космический аппарат зарядится, и ионы притянутся обратно, эффект реактивной тяги исчезнет».
Таким образом, возобновляемая электрическая энергия позволяет осуществлять рабочий цикл ионного двигателя, используя расходуемое рабочее тело. Полет ограничен запасом рабочего тела на борту. Единственная возможность продлить полет — использовать природные ресурсы космических тел. Совершив посадку, можно осуществить заправку ионного двигателя топливом.
«В этом случае в ионы можно преобразовать все, что удастся добыть: скальные камни, базальты, песок, лед, металлическую и иную руду, лунный реголит, — продолжает профессор Цыбин. Для испарения таких веществ можно применить универсальный способ. Он называется “ионное распыление” или “ионное фрезерование” и основан на применении интенсивного ионного пучка. Способ позволяет превратить в пар в вакууме практически любое вещество. А ионный факел для такой технологии можно получить с помощью бортового ионного двигателя аппарата, совершившего посадку на космическое тело. В наземных лабораторных вакуумных стендах идет разработка соответствующих технологий. Для этого используются вещества, близкие по свойствам к тем, которые встретятся в космосе. Более того, создав такую ионно-распылительную камеру в комплекте с ионным двигателем на борту, можно будет испарять отработавшие свое объекты и космический мусор».
Испытания опытного образца двигателя в условиях, приближенных к полетным, университет проводит совместно с ОКБ «Факел» (Калининград) и Военно-космической академией имени А. Ф. Можайского. Поданы три заявки на изобретения, один патент уже получен.