Орбитальным космическим аппаратам двигатели нужны для компенсации торможение, которое возникает из-за наличия остаточной атмосферы Земли. Без устройства, поддерживающего аппараты на заданной высоте, спутники бы снижались и в итоге сгорали в плотных слоях атмосферы. Кроме того, с помощью двигателей можно изменить направление движения, траекторию и скорость.
Обычно в качестве таких устройств используют ионные двигатели. Они работают за счет разгона ионов рабочего газа электрическим полем: поток ускоренных заряженных частиц вылетает из двигателя, создавая тягу. Сложность в том, что рабочий газ, система его хранения и подачи имеют значительный вес, а также рано или поздно он заканчивается, — тогда и срок службы спутника подходит к концу. Инженеры из российской компании «Экипо» придумали оригинальный метод решения проблемы.
Созданный ими ионный двигатель принадлежит к так называемому открытому типу. «Такому двигателю не нужно дополнительное топливо, то есть рабочий газ. Ионная ловушка открытого типа обеспечивает работу двигателя за счет использования остатков атмосферы в низком космосе. Она создает электромагнитное поле, которое обеспечивает зажигание плазмы, в которой ионизуются атмосферные газы. Получающиеся при этом ионы могут быть эффективно захвачены электромагнитным полем. Проведенные нами эксперименты показали устойчивое горение плазмы даже в условиях глубокого вакуума», — рассказал руководитель проекта Вячеслав Темкин.
Низкий космос сейчас мало освоен из-за того, что космические аппараты сложно удержать на орбитах высотой ниже 300 км. Например, чтобы спутник пробыл на орбите высотой около 200 км один год, требуется масса топлива, сравнимая с тяжестью самого спутника. То есть вес аппарата перед запуском практически удваивается, и запуск становится значительно дороже. А когда топливо будет израсходовано, спутник перестанет работать. По этой причине, например, все спутники системы Starlink Илона Маска планируется использовать на высотах существенно больше 300 км.
_large.jpg)
«С нашим ионным двигателем можно уверенно удерживать спутник на высоте ниже 200 км длительное время без топлива. На таких высотах существенно возрастают возможности для обеспечения эффективной связи, навигации и дистанционного зондирования Земли по сравнению с большими высотами, допустим, 300–500 км. На данных высотах в отличие от больших отсутствует космический мусор», — заявил Вячеслав Темкин.
Это обстоятельство практически исключает гибель спутника из-за столкновения с каким-либо объектом. Аппарат с таким двигателем можно использовать на орбите до те пор, пока его элементы не перестанут функционировать технически.
По словам руководителя проекта, благодаря разработке Россия может занять лидирующую позицию в низком космосе.
«Мы сможем обеспечить покрытие устойчивой связью территории Крайнего Севера, обеспечить навигацией Севморпуть, развивать интернет, телевидение и другое. В низком космосе будут решены многие актуальные для экономики России и геополитики задачи. Небольшие габариты и низкая масса спутника позволяют существенно сократить затраты на его запуск», — заявил Вячеслав Темкин.
Сейчас разработчики создали лабораторный макет двигателя. Его проверили в условиях, моделирующих открытый космос, — в вакууме разной степени. По словам авторов проекта, устройство работает стабильно и эффективно и готово к реальным испытаниям.
