Ранее мы писали о перспективности плазменных двигателей в космических технологиях. В этой статье мы на примере двигателя VERA посмотрели на сердце самых маленьких спутников. Приятного чтения!
VERA
Плазменные двигатели представляют собой одно из наиболее перспективных направлений в области космических технологий, и проект VERA, разрабатываемый в НИЯУ МИФИ, является ярким примером этого прогресса. Этот облицованный импульсный плазменный двигатель, по своей конструкции и принципу работы, основывается на принципах, позаимствованных из технологий 60-х годов, но с рядом значительных улучшений.
Двигатель VERA вмещается в небольшой объём, размером менее десятисантиметрового квадрата, что делает его идеальным для использования на маломасштабных спутниках, таких как кубсаты. Основной элемент конструкции — это цилиндрическая труба, по которой проходит электрический разряд, преобразующий пластик в плазму. В отличие от предшественников, в VERA используется полиацеталь вместо традиционного фторопласта. Это новое рабочее тело полностью лишено недостатка обугливания, что позволяет двигателю работать при значительно меньших токах, чем в предыдущих моделях.
Кроме того, двигатель VERA оснащён внешней магнитной системой, которая оптимизирует параметры разряда и улучшает эффективность работы устройства. Это позволяет значительно уменьшить размеры конденсаторной батареи и предлагает возможность функционирования при токах всего лишь несколько килоампер, что делает технологию ещё более подходящей для компактных космических аппаратов.
Одним из главных преимуществ плазменного двигателя VERA является его способность обеспечивать приемлемую тягу при относительно низкой потребляемой мощности. Это достигается благодаря оптимизации разряда и использованию новых материалов. Проект VERA не только сохраняет ключевые характеристики, необходимые для функционирования в космосе, но и значительно уменьшает габариты устройства.
С точки зрения применения, плазменные двигатели открывают новые горизонты для космической навигации и маневрирования, особенно для малых спутников, которые становятся всё более распространёнными в современных космических миссиях. Важным шагом в реализации этой идеи стала находка заказчика — компании Спутникс, заинтересованной в двигателях для наноспутников формата CubSat-3U. Благодаря четким техническим требованиям по габаритам, мощности и массе удалось выстроить план работ, что стало важным этапом на пути к реализации проекта. Наноспутники — это тренд последнего десятилетия. С каждым годом запускается всё больше таких спутников благодаря снижению их стоимости. Многие компоненты и специализированное программное обеспечение под такие устройства только начинают формироваться, поэтому данное направление является кра
Разнообразие технологий и их возможности
Помимо плазменного двигателя VERA, существует множество других двигателей для малогабаритных спутников. Ранее мы уже разбирали электрические и химические двигатели, поэтому обратимся к тем вариациям, которые свойственны именно кубсатам.
- Двигатели на водяном паре
Некоторые кубсаты используют новые технологии, такие как двигатели на водяном паре. Эти двигатели работают за счет нагрева воды до состояния пара, который затем выбрасывается, создавая тягу. Это решение позволяет использовать простые и доступные материалы, а также облегчает общую конструкцию спутника.
- Криогенные двигатели
Криогенные двигатели применяются в кубсатах для высоких маневров. Они используют криогенные топливные компоненты, такие как жидкий водород и кислород, что позволяет достичь высокой эффективности. Хотя такие системы требуют сложного управления и изоляции, они могут предоставить значительные преимущества при выполнении сложных орбитальных задач.
- Механические двигатели
Некоторые кубсаты могут использовать механические системы, такие как ракетные двигатели с силовыми установками, которые работают на принципе выброса массы. Эти системы, хотя и менее распространены, все еще представляют интерес для специфических применений, где требуется мгновенная маневренность.
Разнообразие двигательных технологий для кубсатов открывает широкие возможности для разработки и реализации различных космических миссий. Каждый тип двигателя имеет свои уникальные преимущества и недостатки, что позволяет выбирать наиболее подходящее решение в зависимости от задач, поставленных перед спутником. В будущем, с учетом стремительного прогресса в области космических технологий, можно ожидать появления новых инновационных решений, которые сделают кубсаты ещё более эффективными и многофункциональными.
А что дальше?
Будущее космических путешествий является темой, которая все больше волнует ученых и исследователей. По всем прогнозам, если мы будем использовать современные технологии для полетов к другим планетам или звездам, путешествие займет невероятно много времени — вплоть до нескольких человеческих жизней. Это вызывает естественный вопрос: есть ли шанс ускорить этот процесс?
Одним из наиболее перспективных направлений является использование мощных плазменных двигателей, таких как магнитоплазмодинамические и безэлектродные системы. Эти технологии уже разрабатываются, ключевая идея заключается в создании ядерного реактора, который будет обеспечивать необходимую мощность для работы таких двигателей. На сегодняшний день на орбите находятся несколько десятков ядерных реакторов, но их мощность ограничена — в основном это несколько киловатт. Современные разработки, такие как проект транспортно-энергетического модуля в России, предполагают увеличение мощности до 480 кВт и даже более, что даст возможность работать с плазменными двигателями на совершенно новом уровне. Хотя сегодня речь идет о том, чтобы удешевить полеты за счет меньшего расхода рабочего тела, в будущем технологии могут быть адаптированы для ускорения путешествий. Например, для пилотируемых полетов потребуется еще больше мощности — порядка 48 МВт, что позволит значительно сократить время в пути.
Среди концепций, которые могут оказать влияние на скорость полетов, выделяются термоядерные и импульсные ядерные двигатели. Термоядерный двигатель функционирует на основе плазмы, выбрасываемой из магнитного сопла, что может обеспечить огромные скорости. Еще одна интересная идея — двигатель на осколках делений, который использует мелкие твердые частицы как ядерное топливо. Эти частицы могут достигать нескольких процентов от скорости света, что значительно сократит время полета к другим звездам.
Однако, несмотря на все эти достижения, пилотируемые полеты к звездам по-прежнему представляют собой сложную задачу. Для достижения таких расстояний могут потребоваться технологии, такие как криосон, чтобы сохранить жизнь человека на протяжении долгого пути. Технологии, которые мы разрабатываем сегодня, могут открыть новые горизонты для межпланетных и межзвездных путешествий, но на пути к этому еще много вопросов, которые необходимо решить.
Читайте другие статьи, по этой теме. Подписывайтесь, чтобы не пропустить продолжение! Следите за нами в Телеграмме, ВКонтакте, на официальном сайте.
#инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ #десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки
#наукадлявсех#бытьвпоиске#ТопБЛОГ
