ESA испытало прямоточный ионный двигатель

Европейское космическое агентство 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 с высотой 200 или менее километров, 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 двигателях, из-за чего ионные двигатели имеют гораздо больший удельный импульс и расходуют меньше топлива. Но у ионных двигатель 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 двигателях применяется запас топлива, как правило, ксенона. Но существует и концепция прямоточных ионных двигателей, которая, правда, пока не применялась на летавших в космос аппаратах. Ее отличие заключается 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.


Схема работы двигателя. ESA-A. Di Giacomo

Предполагается, что относительно небольшой аппарат с таким двигателем сможет практически неограниченно находиться на низких орбитах с высотой примерно от 150 километров, компенсируя атмосферное торможение тягой двигателя, работающего на поступающем в него воздухе из атмосферы. В 2009 году ESA запустило спутник GOCE, который смог за счет постоянно включенного ионного двигателя с запасом ксенона пробыть на 255-километровой орбите в течение почти пяти лет. После этого агентство занялось разработкой прямоточного ионного двигателя для аналогичных низкоорбитальных спутников, и теперь провело первые испытания такого двигателя.

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.


Испытания двигателя с воздухом в качестве топлива. ESA


Прямоточный ионный двигатель. ESA


Устройство забора газа. ESA/Sitael

Стоит отметить, что аналогичный двигатель разрабатывается специалистами МАИ и ЦАГИ, причем его испытания начались в 2017 году. Как сообщил N + 1 профессор МАИ Сергей Хартов, во время успешных испытаний этого двигателя использовался еще один электрореактивный двигатель. Он подавал в устройство для забора газа поток воздуха с давлением 10-5 от атмосферного и скоростью около 8 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 с высотой порядка 150-250 километров или высокоэллиптических орбитах с низкой высотой в перигее.

Григорий Копиев

* * *