космос

Первый запуск воздушного электрического ракетного двигателя

Опубликовано

Впервые в мире команда, возглавляемая Европейским космическим агентством (ЕКА), построила и запустила электрический реактивный двигатель, поглощающий немногочисленные молекулы воздуха из верхних слоёв атмосферы для использования в качестве рабочего тела, открывая путь спутникам, летящим на очень низких орбитах в течение многих лет подряд.

Спутник ЕКА для изучения гравитационного поля Земли GOCE летал на высоте всего на 250 км над Землёй в течение более пяти лет благодаря электрическому двигателю, который непрерывно компенсировал воздушное сопротивление. Однако его рабочий ресурс ограничивался 40 кг ксенона, который он носил в качестве рабочего тела — когда этот запас был исчерпан, миссия была закончена.

Замена топлива на борту атмосферными молекулами создаст новый класс спутников, способных работать на очень низких орбитах в течение длительного времени.

Электроракетные двигатели малой тяги, использующие атмосферный воздух также могут применяться во внешних слоях атмосфер других планет, используя, например, двуокись углерода на Марсе.

«Этот проект начался с новой конструкции для сбора молекул воздуха в качестве рабочего тела в верхних слоях атмосферы Земли на высоте около 200 км с типичной скоростью 7,8 км/с», объясняет Луи Уолпот из ЕКА.

Компанией Sitael в Италии был разработан целый двигатель для проверки концепции , которая была выполнена в вакуумной камере в испытательных установках компании, имитируя окружающую среду на высоте 200 км.

«Генератор потока частиц» обеспечивал встречные высокоскоростные молекулы для сбора при помощи воздухозаборника новой конструкции.

Нет клапанов или сложных деталей — все работает на простой, пассивной основе. Все, что требуется, — это сила катушек и электродов, создающая чрезвычайно надежную систему компенсации сопротивления.

Задача заключалась в том, чтобы разработать новый тип воздухозаборника для сбора молекул воздуха, чтобы они не отскакивали, собирались и подвергались сжатию.

Молекулы, собранные воздухозаборником, разработанным QuinteScience в Польше, получают электрические заряды, чтобы их можно было ускорить и выбрасывать для обеспечения тяги.

Sitael разработала двухступенчатый двигатель для обеспечения лучшего заряжания и ускорения поступающего воздуха, чего труднее достичь, чем в традиционных электроракетных двигателях.

«Команда использовала компьютерное моделирование поведения частиц, чтобы моделировать все различные варианты воздухозаборника, — добавляет Луис, — но все это сводилось к этому практическому тесту, чтобы узнать, будут ли воздухозаборник и двигатель работать вместе или нет.

«Вместо простого измерения результирующей плотности на коллекторе для проверки конструкции воздухозаборника, мы решили присоединить электрический ракетный двигатель. Таким образом, мы доказали, что действительно можем собирать и сжимать молекулы воздуха до уровня, в котором может происходить зажигание двигателя, и измерять фактическую тягу.

«Сначала мы проверили, что наш двигатель может неоднократно зажигаться с помощью ксенона, собранного из генератора потока частиц».

В качестве следующего шага Луис объясняет, что ксенон был частично заменен воздушно-воздушной смесью азот-кислород: «Когда синий цвет шлейфа двигателя на основе ксенона изменился до фиолетового, мы поняли, что нам это удалось.

«Система в результате воспламенилась неоднократно исключительно с атмосферным рабочим телом, тем самым доказав осуществимость концепции.

«Этот результат означает, что электроракетный двигатель с использованием воздуха — это уже не просто теория, а осязаемая рабочая концепция, готовая к разработке, которая послужит в один прекрасный день в качестве основы для нового класса миссий».

Этот проект был поддержан Программой исследовательских программ ЕКА для разработки перспективных новых идей для космоса при поддержке Программы Агентства по наблюдению Земли.

(esa.int)

Share

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.