Инженеры MIT создали универсальный двигатель для отправки кубсатов к Марсу

Инженеры Массачусетского технологического института разработали комбинированную двигательную систему, способную работать одновременно с традиционными химическими и электрическими двигателями.

Решение объединяет скорость и мощность с медленными, но точными маневрами, что особенно полезно для малых спутников.

Ключевую роль в исследовании сыграл экологичный монотопливный пропеллент, изначально разработанный ВВС США для химических двигателей. В новой работе ученые показали, что то же топливо может питать и миниатюрные электроспрей-двигатели.

Команда MIT сотрудничает с NASA для запуска кубсата размером с портфель, который понесет один химический и четыре электроспрей-двигателя. Все они будут получать топливо из единственного бака, что избавит малые аппараты от необходимости нести два отдельных резервуара при выходе за пределы околоземной орбиты.

Амелия Бруно, бывший постдок факультета аэронавтики и астронавтики MIT и ведущий автор статьи, сказала:

Если получится разместить химическую и электрическую тягу в одном небольшом пакете, это будет лучшее из двух миров. Это открывает двери для малых спутников, позволяя им проводить больше научных наблюдений и выполнять более интересные миссии на меньшей и более дешевой платформе.

Два в одном

Химическая тяга использует большой запас топлива и окислитель, преобразуя энергию химических связей в горячий газ для короткого, но мощного импульса. Электроспрей-двигатели размером с монету работают иначе, применяя электрические поля для зарядки частиц жидкого топлива и выброса их в космос в виде струи, создающей тягу.

Химические двигатели дают резкие и быстрые ускорения, тогда как электроспрей-двигатели обеспечивают медленные и точные маневры. В связке первые позволят аппарату быстро разгоняться, тормозить и менять высоту, а вторые помогут продолжать долгое межпланетное путешествие.

Пауло Лосано, профессор аэронавтики и астронавтики MIT и соавтор исследования отметил:

Мы могли бы отправить кубсаты к Марсу или поясу астероидов, где они совершат путь медленно, используя электроспрей-двигатели. Затем химические двигатели позволят быстро переместиться к интересным объектам. Это даст намного больше гибкости.

Подходящее топливо

Инженеры разрабатывают электроспрей-двигатели для малых спутников размером от ланч-бокса до ручной клади. Такие аппараты значительно дешевле в производстве и запуске, но требуют компактных двигательных систем.

Годами команда тестировала разные конструкции двигателей с различными ионными жидкостями, фактически состоящими из солей и сохраняющими жидкое состояние в космосе. "По сути это море ионов, и именно поэтому мы строим технологию вокруг них, чтобы вытягивать ионы в электроспрей", пояснила Бруно.

Затем команда обратила внимание на новое ионное топливо от ВВС США. Пропеллент ASCENT (Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic), менее токсичная альтернатива гидразину, проходил испытания в химических двигателях.

Мы сказали, эй, это же то, что мы обычно используем. Теоретически это должно работать. Давайте разберемся, как.

В новом исследовании инженеры проверили работу ASCENT в электроспрей-двигателях. Двигатели крепились к небольшому кубическому резервуару размером с кубик Lego, а ученые дистанционно подавали разное напряжение для активации тяги. Получившаяся струя раскручивала кубсат, словно парящую юлу.

Эксперименты показали, что ASCENT справляется с задачей не хуже традиционных ионных жидкостей.

Теперь, когда мы знаем, что наши двигатели работают с ASCENT, можно думать о способах сделать их еще лучше.

Криптомиллиардер возглавит первую пилотируемую миссию SpaceX к Марсу

Марсоход Curiosity несколько дней пытался освободиться от застрявшего камня на Марсе

Команда испытает технологию в миссии NASA Green Propulsion Dual Mode, запуск которой назначен на ноябрь. Кубсат получит единственный топливный бак, питающий оба типа двигателей в компактной системе "два в одном".

Это будет первый случай, когда спутник использует общий топливный бак. Допустим, надвигается шторм и нужно развернуть группировку малых спутников для наблюдения за одной точкой. Можно будет отправить их быстро или медленно в зависимости от характера наблюдений. И единственный способ сделать это, это иметь две двигательные системы, что теперь возможно.