Ионный микродвигатель радикально удешевит полёты в космос

Новый ионный микродвигатель, разработанный в Федеральной политехнической школе Лозанны (Швейцария), может существенно снизить стоимость исследовательских полётов в космос, сообщает «Компьютерра–Онлайн».

Ионные двигатели применяются в космосе почти 50 лет. Тем не менее, до недавнего времени их роль ограничивалась маневрированием на околоземной орбите. Хотя Dawn, самый быстрый из существующих космических аппаратов, приводится в движение именно тремя ионными двигателями, их проблемой всегда был малый удельный импульс, который они придают кораблю.

Швейцарцы разработали ионный двигатель, который вместе с контролирующей электроникой весит всего 200 граммов. Будучи закрепленным на килограммовом наноспутнике объёмом около кубического дециметра, он способен за шесть месяцев доставить аппарат с низкой околоземной орбиты к Луне. Незначительная масса спутника при этом компенсирует низкий удельный импульс двигателя.

Ключевые узлы нового микродвигателя собираются при помощи фотолитографии, используемой при производстве электроники. На конвейере их стоимость сильно снизится. Основное назначение разработки — разгон космических аппаратов с низких околоземных орбит на геостационарную и лунную орбиты, а также отправка к более далёким объектам Солнечной системы.

Для выброса ионов двигатель использует кремниевые микросопла, сгруппированные в компактную тяговую матрицу, в которой 1 000 сопел приходится на один квадратный сантиметр площади. Сначала ионная жидкость (1-этил-3-метилимидазолий тетрафторборат) под действием капиллярной силы попадает из маленького топливного бака в капиллярные трубопроводы и далее к соплам, где затем ионы топлива разгоняются электродом, к которому подведено напряжение в 1 000 В. Каждую секунду полярность электрического поля на электроде меняется на противоположную, что позволяет использовать для разгона все ионы — как положительные, так и отрицательные.

Вскоре разработку планируется протестировать на швейцарском CleanSpace One, предназначенном для удаления с земной орбиты предыдущего космического аппарата, запущенного швейцарцами и ставшего космическим мусором. Швейцарское космическое агентство рассчитывает, что его примеру последуют остальные космические державы, начав за собой орбитальную уборку. В будущем новые двигатели будут ставить на микроспутники Европейского распределённого космического радиотелескопа (программа OLFAR).

Потенциальное применение у двигателя гораздо шире. Он легко может производиться массово, а модульная конструкция позволяет объединять двигатели в крупные блоки. Действующая модель даёт ускорение в 0,1 мм/с^{² для спутника весом в 1 кг. Поэтому, чтобы разогнаться с 24 000 км/ч (начальная скорость, придаваемая спутнику химической ракетой, которая выведет его на орбиту) до 42 000 км/ч (вторая космическая скорость), такому КА потребуется шесть месяцев непрерывной работы. При этом он потребует 4 Вт мощности и всего 100 мл топлива — меньше половины стакана. Тысяча таких установок могут сделать то же самое с космическим кораблём весом в тонну, потратив всего 100 литров ионной жидкости.}

Чтобы долететь до Марса, Титана или любой другой точки Солнечной системы, потребуется меньше топлива, чем когда-либо. Это значит, что отправить туда автоматический космический аппарат будет не сильно дороже, чем к МКС. Для этого потребуется лишь масштабировать двигательную установку, объединив множество микродвигателей.

Для маленьких спутников появление нового двигателя означает, что аппараты можно будет запускать группами даже с самой маленькой ракеты-носителя, и при этом каждый из них будет иметь собственную цель не только на любой орбите вокруг Земли, но и в любой точке Солнечной системы.