Группа разработчиков, возглавляемая Государственной политехнической школой в Лозанне и входящая в европейский консорциум по созданию электрических ракетных микродвигателей MicroThrust, заявила о создании первого рабочего прототипа ультракомпактного космического двигателя нового поколения, использующего технологию матричных микросопел.
По аналогии с интегральными микросхемами ключевые узлы таких движков будут собираться без использования ручного труда — методом фотолитографии, что ускоряет и упрощает процесс изготовления ионных двигателей, существенно снижая в конечном итоге стоимость космического транспорта.
Такие двигатели позволят быстро и относительно дешево выводить небольшие спутники с низких на более высокие земные орбиты и за их пределы, доставляя оборудование и грузы к Луне, а также, возможно, к Марсу.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 5,
"pic2": "/files3/813/4111813/moteur-ion-eng-1.png",
"picsrc": "Схема электростатического ионного двигателя нового поколения, использующего технологию матричных микросопел. // MicroThrust ",
"repl": "<5>:{{incut5()}}",
"uid": "_uid_4111813_i_5"
}
«В настоящий момент наноспутники жестко привязаны к своей орбите. Наша цель — их освободить»,
— объясняет смысл разработки Херберт Ши, координатор консорциума MicroThrust и директор подразделения микросистем для космической отрасли при Политехнической школе в Лозанне.
Научный и коммерческий интерес к наноспутникам сейчас огромный, так как стоимость их производства исчисляется всего десятками или сотнями тысяч долларов, в то время как стоимость обычных спутниковых платформ может доходить до нескольких сотен миллионов. Между тем развитие этой перспективной отрасли сильно сдерживается из-за отсутствия дешевой и эффективной двигательной установки, расширяющей функциональность наноспутников и делающей их по-настоящему автономными устройствами.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 6,
"pic2": "/files3/813/4111813/single_emitter3D.png",
"picsrc": "Интегральная компоновка двигателя: 1 - ускорящий электрод, 2 - кремниевые пластины электродов, 3 - экстрагирующий электрод, 4 - изолятор, 5 - капиллярное микросопло, 6 - резервуар с топливом. // MicroThrust ",
"repl": "<6>:{{incut6()}}",
"uid": "_uid_4111813_i_6"
}
Ионные электростатические двигатели характеризуются очень маленьким расходом рабочего тела (топлива) и очень высокой скоростью истечения ионов, создающих тягу.
Однако, несмотря на огромную скорость истечения вещества (до 200 км/c по сравнению с 3 км/c в химических реактивных двигателях), из-за его низкой плотности тяга и итоговое ускорение аппаратов, снабженных слаботочными ионными моторами, очень маленькие. С помощью такого двигателя не получится взлететь с поверхности планеты или даже крупного астероида. Но вот для медленного, но экономичного разгона находящихся в невесомости космических аппаратов и тем более крошечных спутников их использовать удобно: они компактны, почти безотказны и очень экономичны.
Теперь инженеры из MicroThrust предлагают космическим агентствам принципиально новую технологию, благодаря которой ионные электрические двигатели станут совсем миниатюрными, еще более надежными и еще более дешевыми.
Достигнуть этого удалось двумя путями.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 2,
"pic2": "/files3/813/4111813/emitterSEM.png",
"picsrc": "Капиллярные сопла под электронным микроскопом. // MicroThrust",
"repl": "<2>:{{incut2()}}",
"uid": "_uid_4111813_i_2"
}
Во-вторых,
используя для выброса тяговых ионов кремниевые микросопла, которые сгруппированы в компактную тяговую матрицу из 1000 сопел площадью всего один квадратный сантиметр.
Сначала ионная жидкость под действием капиллярной силы попадает из топливного резервуара в капиллярные трубопроводы и далее устремляется к соплам, к которым приложен электрический потенциал 1000 В. Здесь ионы разгоняются дополнительным электродом, формируя реактивную струю. Каждую секунду полярность электрического поля меняется на противоположную, что позволяет использовать для разгона все ионы — как положительные, так и отрицательные.
В сборе капиллярные трубопроводы, кремниевые микросопла и разгонные электроды представляют собой миниатюрное устройство, на манер интегральной микросхемы собираемое из пластин электроизолятора и кремния, на которых фотолитографическим способом формируются капилляры, сопла и электроды. Это позволяет автоматизировать процесс, соединяя детали с ювелирной точностью.
Используя интегральную технологию, производство ионных двигателей можно будет поставить буквально на поток.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 3,
"pic2": "/files3/813/4111813/emitter_photo1.png",
"picsrc": "Интегральная тяговая матрица с микросоплами в сборе. Число сопел может варьироваться. // MicroThrust",
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_4111813_i_3"
}
За шесть месяцев микроспутник, снабженный таким движком, может разогнаться со стартовых 24 тысяч км/ч (6,67 км/с) до 42 тысяч км/ч (11,67 км/с). Его ускорение будет мизерным — около десятой доли миллиметра на секунду в квадрате, но в условиях невесомости и отсутствия трения этого вполне достаточно, чтобы управлять небольшими спутниками на земной орбите и даже отправлять их в весьма далекие путешествия.
«Для того чтобы достичь лунной орбиты, спутнику весом 1 кг, снабженному нашим двигателем, потребуется 6 месяцев и всего 100 мл топлива»,
— резюмирует один из конструкторов микродвижка Мюриэль Ришар.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 4,
"pic2": "/files3/813/4111813/_MG_0105.JPG",
"picsrc": "Модель рабочего прототипа двигателя с блоком управления (прозрачный бокс). // MicroThrust",
"repl": "<4>:{{incut4()}}",
"uid": "_uid_4111813_i_4"
}
Рабочий прототип ультракомпактного ионного двигателя нового поколения, открывающего новую страницу в истории космоплавания, будет официально представлен на международной конференции Space Propulsion 2012, которая откроется в Бордо (Франция) 7 мая.
