NASA разрабатывает ракетный двигатель с водяным двигателем с первых лет существования Агентства. В конце концов, вода состоит из водорода и кислорода, которые приводят в действие ракеты космического агентства с 1960-х годов. Водород производит самую высокую скорость выхлопа из любого ракетного топлива, а кислород помогает ему гореть. Все, что требуется для разделения двух элементов воды, - это приложенный электрический заряд.
«Теоретически, водно-электролизная ракета предлагает много преимуществ по сравнению с более традиционными системами управления», - говорится в статье 1969 года из Исследовательского центра им. Льюиса НАСА (ныне Исследовательский центр Гленна), в том числе о высокой производительности, безопасных материалах, простом хранении, длительном сроке службы и низком уровне. Требования к питанию. В документе подробно описаны характеристики раннего прототипа двигателя.
Но технология в то время считалась сложной и имела недостатки, такие как ее размер и вес, а также ограниченная мощность, доступная для электролиза, отмечается в статье Гленна 1997 года, в которой подробно описываются рабочие характеристики другого, более совершенного прототипа водно-электролизного двигателя. Однако даже сегодня эта концепция остается неотъемлемой частью планов НАСА по исследованию дальнего космоса, которые частично основаны на способности находить воду в других мирах или астероидах и превращать ее в ракетное топливо.
Однако за десятилетия экспериментов никто так и не выпустил практичный водно-электролизный двигатель. До настоящего времени.
«При управлении водородом, кислородом и перегретым паром возникает много проблем с материалами, таких как коррозия», - говорит Роберт Хойт, соучредитель и генеральный директор Tethers Unlimited Inc. (TUI). «Вы должны быть очень осторожны с материалами по всему устройству, чтобы избежать коррозии и убедиться, что компоненты электролиза не загрязнены никакими другими материалами».
Учитывая это и с помощью НАСА, компания Bothell, расположенная в Вашингтоне, создала первые жизнеспособные водно-электролизные двигатели. В настоящее время интерес НАСА к этой технологии проистекает из его усилий по улучшению состояния технологии CubeSats - крошечных недорогих спутников, созданных из готовых деталей.
«До начала 2000-х годов наименьший космический корабль весил более 500 фунтов», - говорит Элвуд Агасид из исследовательского центра Эймса, который участвовал в различных этапах работы TUI над электролизными двигателями. Раньше только крупные корпорации создавали спутники, что требовало больших затрат времени, денег и НИОКР. Но поскольку производственные затраты снизились, и особенно с появлением комплектов CubeSat, доступ к космическому запуску открылся для большего числа игроков, говорит Агасид.
В настоящее время НАСА регулярно выводит на орбиту небольшие спутники, созданные университетами, стартапами и другими организациями, в качестве вторичной полезной нагрузки с помощью таких программ, как Инициатива по запуску CubeSat. Но Агентство также расширяет возможности малых спутников для более широкого их использования в будущих исследовательских и научных миссиях.
В рамках общих усилий Космического агентства по содействию инновациям CubeSat в 2010 году в рамках программы НАСА по исследованию инноваций в сфере малого бизнеса (SBIR) было объявлено приглашение на использование двигательных систем для мини-спутников, и TUI был одним из респондентов, выбранных для получения финансирования через Ames. , Агасид был представителем заказчика по двум контрактам SBIR. «Их подход казался обоснованным и касался вопросов сдерживания воды и выработки достаточной мощности для обеспечения электролиза», - говорит он.
В то время у CubeSats не было двигательных установок. Создание достаточно малых двигателей было проблемой. А Агасид говорит, что есть опасения по поводу разрешения использования силовых установок на борту при запуске. В результате, CubeSats в основном застряли на орбите основной полезной нагрузки, с которой они совершали поездку, неспособные изменить свою высоту или поддерживать свою орбиту в течение длительного времени.
Передача технологии
По словам Хойта, благодаря финансированию SBIR TUI создал два прототипа и начал их тестировать. «Управляющая авионика, интеграция программного обеспечения, а также улучшения производительности и срока службы все еще были необходимы».
По требованию НАСА Tipping Point Космическое агентство нашло корпоративного партнера - Millennium Space Systems - для того, чтобы разделить расходы на созревание того, что сейчас TUI называет своими двигателями HYDROS, в обмен на три из создаваемых двигательных установок для использования на своих малых спутниках Altair. Миллениум хотел получить более крупные версии технологии, известной как HYDROS-M, предназначенной для спутников весом от 110 до 400 фунтов, которые уже были доставлены.
Тем временем НАСА выбрало версию CubeSat, HYDROS-C, для своего первого проекта Pathfinder Technology Demonstrator (PTD), который опробует новую технологию CubeSat. Агасид управляет ПТД в Эймсе в сотрудничестве с Гленном.
Обе версии HYDROS запускаются с резервуарами, несущими достаточно воды, чтобы питать их в течение примерно трех лет. Оказавшись на орбите, электролизер, работающий от солнечных батарей, расщепляет воду на газы кислорода и водорода, хранящиеся в отдельных баллонах, которые при необходимости переносятся в камеру сгорания. Хойт описывает систему как гибрид электрического и химического двигателя, который питается от солнечных батарей, но может развить мощную тягу химического двигателя.
Льготы
По словам Агасида, подход HYDROS позволяет избежать риска отправки системы под давлением, поскольку она не находится под давлением до тех пор, пока не начнет заполнять газовые баллоны на орбите. Система также относительно недорогая и простая в изготовлении, масштабируемая для спутников разного размера и экономичная, отмечает он.
И это работает на топливе, которое безвредно, как с точки зрения выбросов и обработки. «Вы можете позволить старшекурсникам играть с ним, и они не собираются отравлять себя», - говорит Хойт.
По его словам, способность HYDROS доставлять мощные всплески энергии и длительный срок службы делают его идеальным для любого спутника, которому необходимо перейти с одной орбитальной высоты на другую и затем оставаться там надолго. Например, спутники наблюдения Земли часто летают на малых высотах, чтобы максимизировать разрешение изображения. В качестве вторичной полезной нагрузки это может потребовать, чтобы они проделали свой собственный путь на более низкую орбиту, где сопротивление из верхних слоев атмосферы требует частой коррекции, чтобы оставаться на месте.
В дополнение к трем единицам, проданным в Миллениум, компания продала несколько инженерных моделей в Технологический институт ВВС. И хотя Хойт говорит, что не ожидает, что заказы будут затоплены до тех пор, пока двигатели не пройдут летные испытания, компания часто получает запросы на информацию.
«Компании, которые запускают спутниковые группировки, любят видеть, как НАСА инвестирует в подобные технологии, а также проводят летные испытания, чтобы знать, что это работает», - говорит Агасид.
Но TUI имеет в виду не только краткосрочную перспективу. «В будущем мы собираемся в значительной степени рассчитывать на помощь в создании целой экономики в космосе, и мы рассматриваем воду как фундаментальный ресурс, который является ключом к этой экономике», - говорит Хойт. Следующее поколение двигателей HYDROS будет включать в себя заправочные порты, что продлит срок их эксплуатации на неопределенный срок. И Хойт с нетерпением ждет сбора воды для дальних путешествий.
Агасид предупреждает, что НАСА все еще работает, чтобы определить, возможно ли найти, восстановить и достаточно очистить воду в космосе. «Но при условии, что вы можете, эта технология позволит вам проводить исследования в дальнем космосе и никогда не беспокоиться о том, что топливо закончится».
Чтобы узнать больше о других технологиях, которые вы используете в повседневной жизни НАСА, пожалуйста, посетите Spinoff .
Источник: НАСА
