» » ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Автор: admin 106  
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Европейское космическое агентство (ESA) провело первые в мире испытания электрического двигателя, который использует в качестве «топлива» (рабочего тела) молекулы разреженного воздуха. Эта технология известна как Air-Breathing Electric Propulsion или Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP). В перспективе такие двигатели можно устанавливать на спутники, которые быстро вращаются на очень низких орбитах.

GOCE с ионным двигателем для составления карты земной гравитации 56 месяцев работал на высоте 260 км. Его срок жизни был ограничен запасом ксенона: с собой удалось взять всего 40 кг. Когда ксенон закончился — спутник бессильно упал и сгорел в атмосфере, а миссию пришлось завершить. С воздухом таких проблем не будет, потому что даже в верхних слоях атмосферы достаточно молекул кислорода. Так что если спутник будет вынужден сойти с орбиты, то причиной этому станет не недостаток «топлива», а износ компонентов или иные причины.
Фактически, речь идёт о новом классе спутников, которые могут работать очень продолжительное время на очень низкой орбите. И это ещё не всё. Подобные аппараты способны работать в верхних слоях атмосферы других планет. Например, на углекислом газе в атмосфере Марса.
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Ионный двигатель на воздухе, фотография сделана во время испытаний
Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Здесь нет движущихся частей, а для создания тяги нужно только подвести питание от солнечных батарей к катушкам и электродам. В конструкции двигателя «генератор потока частиц» обеспечивает высокоскоростной поток молекул для системы впуска, разработанной польской компанией QuinteScience. Затем частицы ионизируются и выбрасываются наружу, создавая тягу.
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Для этого проекта инженеры ESA изменили конструкцию ионного двигателя, чтобы он мог использовать молекулы кислорода в той концентрации, в какой спутник может их захватить на высоте 200 км на скорости 7 км/с.
Плотность атмосферы зависит от высоты и солнечной активности. Кроме того, влияют расположение и время года. На графиках показана примерная плотность атмосферы в зависимости от высоты и солнечной активности.
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Для гарантированного удержания космического аппарата на заданной высоте сила тяги двигателя должна быть не менее максимальной величины аэродинамического сопротивления в условиях максимума солнечной и геомагнитной активности, а для оценки требуемого расхода рабочего тела или ресурса работы двигателя необходимо использовать среднее значение аэродинамического сопротивления. В таблице приведена сила сопротивления, соответствующая минимуму и максимуму солнечной и геомагнитной активности. Минимальные, максимальные и средние значения вычислялись на периоде в один год на равномерной географической сетке для каждого уровня солнечной и геомагнитной активности (источник).
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Экспериментальный образец двигателя ESA изготовила итальянская компания Sitael. Это двухступенчатый двигатель, который обеспечивает лучшую ионизацию и ускорение частиц, что традиционные системы электрических двигателей. Предварительно конструкцию испытали в компьютерной симуляции, а потом пришло время для реальных тестов.
Тестирование осуществлялось в вакуумной камере (на фото) с симуляцией условий на высоте 200 км.
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Экспериментальная установка
На первом этапе двигатель проверили на ксеноне из генератора пучка частиц. Затем ксенон частично заменили азотно-кислородной смесью. Когда цвет реактивной струи из двигателя сменился с ксеноновой голубой на багровую — стало ясно, что двигатель работает на воздухе.
ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе

Двигатель внутри вакуумной камеры
В конце концов, двигатель многократно запустили чисто на атмосферном газе, чтобы доказать жизнеспособность идеи. Таким образом, использование воздуха в качестве «топлива» (рабочего тела) для электрического двигателя — это больше не фантастика, а вполне рабочая идея.



Источник - Самые свежие новости на Newsland
  
Social comments Cackle

Новости партнеров