Ученые создают ускорительные СВЧ-ионные микродвигатели. Эта разработка позволит применить технологии ускорителей элементарных частиц в области космического двигателестроения.
В пресс-службе Омского государственного технического университета рассказали, что малые космические аппараты смогут совершать путешествия к другим планетам и автономно действовать в открытом космосе благодаря создаваемым в ОмГТУ ускорительным СВЧ-ионным микродвигателям.
Там пояснили, что среди спутников, выводимых на орбиту, увеличивается количество сверхмалых космических аппаратов. Масса их не превышает 100—200 килограммов, некоторые весят значительно меньше и могут поместиться на ладони (пикоспутники и фемтоспутники). А выше пикоспутников в массово-размерном ряду малых космических аппаратов находятся наноспутники (масса от 1 кг до 10 кг). Их перспектива заключается в применении аппаратов не по одиночке, а группами из десятков единиц, так называемых роев.
«Широкое развитие класса космических наноспутников — результат поэтапного прогресса в области микроэлектроники. Масса технических средств для зондирования Земли и обеспечения связи снизилась в разы, а в отдельных случаях — в десятки раз», — пояснили в пресс-службе ОмГТУ.
Обратной же стороной компактности ученые называют низкую избыточную мощность системы электропитания наноспутников. Ее недостаточно для подключения к аппарату дополнительных систем, поэтому он малофункционален. Специалисты уверены, что область применения таких образцов ограничивается простыми научными экспериментами для изучения радиационных поясов Земли и студенческими работами профильных университетов.
Ученые поясняют, что из-за отсутствия двигательных систем наноспутники функционируют на орбите не более двух лет, а их траекторию и выполняемые задачи практически невозможно корректировать после запуска.
Доцент кафедры «Авиа— и ракетостроение» ОмГТУ Игорь Вавилов рассказал, что для расширения функционала наноспутников создается прототип СВЧ-ионного двигателя с ускорением плазмы в высокочастотном зазоре тороидального резонатора.
«Эта разработка позволит применить технологии ускорителей элементарных частиц в области космического двигателестроения», — пояснил Игорь Вавилов.
Он уточнил, что базовый элемент конструкции — сверхвысокочастотный твердотельный плазмогенератор и тороидальный резонатор. Плазмогенератор создает высокочастотный разряд холодной плазмы и одновременно является источником электромагнитного излучения. Электромагнитная энергия выводится в объем тороидального резонатора, далее рассеивается на его стенках и в ускоряющем зазоре возникает переменное напряжение.
По словам исследователя, за счет переменного выброса положительной и отрицательной компонент плазмы из ускоряющего зазора возникает реактивная тяга. То есть генерация плазмы и ее ускорение осуществляется одним и тем же источником энергии, что упрощает технологию и снижает энергопотребление.
Также Вавилов рассказал, что одно из основных преимуществ технологии в малой величине потребляемой мощности (10 Вт) и простоте конструкции. Это позволяет говорить о возможности применения разработки на наноспутниках.
«Перспектива автономного, регулярного и массового межпланетного перемещения сверхмалых космических аппаратов становится ближе», — сказал Вавилов.
Обеспечение космических наноаппаратов двигательными системами позволяет решать задачи орбитального маневрирования.
Как отметил исследователь, для испытания прототипов коллективом авторов были разработаны специальные стенды для определения силы тяги и скорости ионизированной струи. Для выявления полной энергии потока специалисты использовали калориметрические методы диагностики, а чтобы узнать параметры плазмы, применяли зондовые методы.
Игорь Вавилов также пояснил, что на основе данных открытых научных баз предложенный ускорительный СВЧ-ионный микродвигатель не имеет аналогов. В случае введения технологии в промышленность выполнение задач мониторинга различных космических объектов и их исследований станет в разы менее энергозатратным.
Отмечается, что дооснащение материально-технической базы научно-исследовательской лаборатории вуза, в которой реализуется проект, осуществляется по федеральной программе поддержки университетов «Приоритет 2030». Само исследование соответствует стратегическому проекту «Космическая экология» и финансируется Российским научным фондом.
Ранее «ОМСКРЕГИОН» рассказывал, что ученые из Омского государственного технического университета (ОмГТУ) предложили ряд новых технологий для отечественной авиакосмической отрасли. Им удалось разработать новую схему сварки для угловых соединений. Также они разработали набор технологий, который обеспечит независимость российских предприятий от импорта режущего инструмента, необходимого для обработки деталей.
