Исследования в области космических электродвигателей ускоряются⁠⁠

Технический комитет по электрическим ускорителям (Electric Propulsion Technical Committee) работает над продвижением исследований, разработок и применения электрических двигателей для спутников и космических кораблей. К середине 2020 года 900 действующих космических аппаратов маневрировали с помощью электрической тяги, которая разгоняет реактивное вещество до гораздо более высоких скоростей, чем это возможно с помощью химической реакции.

В феврале аппарат компании Northrop Grumman под названием Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1) достиг геосинхронной орбиты с помощью двигателей на эффекте Холла Aerojet Rocketdyne XR-5 мощностью 3 киловатта, что позволило ему состыковаться со спутником связи Intelsat 901 и переместить его на новую орбитальную позицию, где он приступил к выполнению своих задач в рамках пятилетнего продления его миссии, впервые для коммерческих космических аппаратов. MEV-2 был запущен в августе.

В марте шестой усовершенствованный сверхвысокочастотный спутник связи ВВС США, созданный компанией Lockheed Martin, достиг геосинхронной орбиты, на которой он приводился в движение с помощью XR-5 для достижения и поддержания орбиты и маневрирования.

Японский космический корабль Hayabusa2 двигался к Земле с астероида Рюгу, чтобы прибыть 6 декабря, приводимый в движение четырьмя решётчатыми ионными двигателями с микроволновыми разрядниками, которые обеспечивали изменение скорости на 1275 метров в секунду в течение сентября.

Тем временем на Земле велись разработки многих новых электрических двигательных установок.

В январе компания Busek Co. Inc. из Массачусетса предоставила свою третью полностью работающую на йоде систему ионного двигателя BIT-3 с радиочастотной решёткой. BIT-3 будет использоваться на нескольких космических аппаратах, отправляющихся в дальний космос и на низкую околоземную орбиту. Силовая установка мощностью 56-80 Вт обеспечивает беспрецедентную тягу до 1,25 мН и удельный импульс до 2300 секунд.

Также в январе Busek начал поставки своих ускорителей на эффекте Холла BHT-350 для спутниковых группировок. В феврале ускоритель на эффекте Холла BHT-600 компании Busek прошёл испытание на длительность непрерывной работы в течение 7198 часов на ксеноне в центре Гленна, продемонстрировав общий импульс в 1,0 меганьютон-секунду.

В феврале компании Aerojet Rocketdyne и ZIN Technologies завершили испытания лётного ионного двигателя и энергоблока NEXT-C в Исследовательском центре Гленна в НАСА в Огайо. Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Мэриленде получила оборудование для миссии НАСА по тестированию двойного перенаправления астероидов (Double Asteroid Redirection Test). NEXT-C является самым мощным из современных ионных двигателей.

Двигатель NEXT-C работает в импульсном режиме, на один такой импульс тратится мощность в 6.9 кВт, а с точки зрения ресурса, двигатель сможет произвести 236 миллионов импульсов. Во время испытаний двигатель NEXT-C продемонстрировал самое высокое значение импульса создаваемой им тяги, который составил 17 мН*сек. У ионных двигателей также есть показатель эффективности использования топлива, который условно является временем, которое проработает двигатель на определенном объеме топлива. У двигателя NEXT-C это время равно 4190 секундам.

Также в феврале Safran Aircraft Engines во Франции завершила квалификацию ускорителя на эффекте Холла PPS-5000 для выполнения 7-ми меганьютон-секундных миссий. В течение августа квалификационный двигатель набрал 10,8 меганьютон-секунды общего импульса за 11607 часов. Safran также продолжила разработку маломощного ускорителя PPS X00. В течение сентября Apollo Fusion of California выиграла контракты на поставку своих двигательных систем ACE и ACE MAX. В течение августа ресурсные испытания двух систем, работающих на криптоне, достигли 1000 часов.

Лаборатория реактивного движения НАСА в Калифорнии и различные подрядчики продолжали подготовку к миссии «Психея». В мае была проведена критическая проверка конструкции космического корабля и двигательной установки на базе российских двигателей на эффекте Холла — Факел СПД-140. Также началось испытание на износ субкиловаттного двигателя, лежащего в основе двигательной установки Astraeus для малых космических кораблей. В августе компания CU-Aerospace из Иллинойса поставила для Astraeus прототип контроллера потока ксенона, а также был изготовлен прототип энергоблока.

Продолжалась работа над силовым и двигательным элементом (Power and Propulsion Element) НАСА, который будет служить в качестве служебного модуля лунной станции (lunar Gateway). Аппарат, построенный Maxar, будет приводиться в движение усовершенствованной электрической силовой установкой Aerojet Rocketdyne и ускорителями BHT-6000 компании Busek. В марте компания Aerojet Rocketdyne завершила создание лётного энергоблока AEPS, а компания VACCO из Калифорнии завершила создание лётного контроллера потока ксенона.

Развитие маломощных двигателей с электрораспылением продолжалось быстрыми темпами, нацеленных на небольшие космические аппараты. Accion Systems Inc. из Массачусетса разработала свою технологию микросхемы ускорителя Tiled Ionic Liquid Electrospray, испытав 35 устройств до сентября. В мае электрораспылительный двигатель Busek BET-300-P прошел экологические испытания и продемонстрировал полный импульс. Между тем, Лаборатория плазмы и космического движения в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в сотрудничестве с Busek, Лабораторией реактивного движения и исследовательской лабораторией ВВС исследовали капиллярное излучение электрораспылением, выявив механизмы, снижающие срок службы и производительность в некоторых условиях.

Исследования в Институте космических систем в Штутгарте, Германия, были успешными. В начале года институт продемонстрировал инерционный двигатель с запиранием электростатического заряда с электромагнитным соплом. В марте он испытал радиочастотный геликонный плазменный двигатель в рамках проекта Discoverer Европейского Союза. Институт испытал магнитоплазмодинамический двигатель SX3 с приложенным полем и катодом из LaB6 (сплав лантана с бором). В середине года он завершил ресурсные и комплексные испытания миниатюрного 5-джоульного импульсного плазменного двигателя Petrus. Дополнительные эксперименты Petrus проводились в Европейском центре космических исследований и технологий Европейского космического агентства в Нидерландах. Лётное оборудование Petrus было доставлено в Римский университет для спутника Greencube.

Источник: https://aboutspacejornal.net/2020/12/29/исследования-в-облас...