Европейцы испытали прямоточный ионный двигатель
Европейское космическое агентство (ЕКА) провело испытания прямоточного ионного двигателя, использующего в качестве рабочего тела воздух из окружающей атмосферы. Предполагается, что небольшие спутники с таким двигателем смогут практически неограниченно находиться на орбитах высотой 200 км или менее, сообщается в пресс-релизе агентства.
Принцип работы ионных двигателей основан на ионизации частиц газа и их разгоне с помощью электростатического поля. Частицы газа в таких двигателях разгоняются до значительно больших скоростей, чем в химических, из-за чего ионные двигатели имеют гораздо больший удельный импульс и расходуют меньше топлива. Но у них есть и важный недостаток — крайне малая тяга по сравнению с химическими двигателями. Из-за этого они редко применяются на практике, в основном на небольших аппаратах. К примеру, такие двигатели используются на зонде Dawn, находящемся сейчас на орбите карликовой планеты Церера, и будут использоваться в миссии BepiColombo, которая должна отправиться к Меркурию в конце 2018 года.
Как и в химических двигателях, в используемых сейчас ионных применяется запас топлива, как правило, ксенона. Но существует и концепция прямоточных ионных двигателей, которая, правда, пока не использовалась на летавших в космос аппаратах. Ее отличие в том, что в качестве рабочего тела предлагается использовать не конечный запас газа, загружаемый в бак перед запуском, а воздух из атмосферы Земли или другого атмосферного тела.
Предполагается, что относительно небольшой аппарат с таким двигателем сможет практически неограниченно находиться на низких орбитах высотой примерно от 150 километров, компенсируя атмосферное торможение тягой двигателя, работающего на воздухе, поступающем в него из атмосферы. В 2009 году EКА запустило спутник GOCE, который смог за счет постоянно включенного ионного двигателя с запасом ксенона пробыть на 255-километровой орбите почти пять лет. После этого агентство занялось разработкой прямоточного ионного двигателя для аналогичных низкоорбитальных спутников и теперь провело его первые испытания.
Испытания проходили в вакуумной камере, в которой располагался двигатель. Изначально в него подавали ускоренный ксенон. После этого в газозаборное устройство начали добавлять смесь кислорода с азотом, имитирующую атмосферу на высоте 200 километров. В конце испытаний инженеры провели тесты с исключительно воздушной смесью для проверки работоспособности в основном режиме.
Стоит отметить, что аналогичный двигатель разрабатывается специалистами МАИ и ЦАГИ, его испытания начались в 2017 году. Как сообщил изданию N+1 профессор МАИ Сергей Хартов, во время успешных испытаний этого двигателя использовался еще один — электрореактивный. Он подавал в устройство для забора газа поток воздуха с давлением 10−5 от атмосферного и скоростью около восьми километров в секунду. Это имитировало реальные условия для спутника, летящего на низкой орбите. Предполагается, что прямоточный электрореактивный двигатель будет использоваться для поддержания небольших аппаратов на круговых орбитах высотой порядка 150–250 километров или на высокоэллиптических орбитах с низкой высотой в перигее.