Инженеры Самарского университета представили двигательную установку для наноспутников

Разработка открывает возможность создания надежной и недорогой системы маневрирования таких аппаратов на орбите

Ученые межвузовской кафедры космических исследований Самарского университета представили прототип двигательной установки для маневрирующего наноспутника SamSat-M. Презентация состоялась в Самаре на IV Международной конференции “Научные и технологические эксперименты на автоматических космических аппаратах и малых спутниках” (SPEXP).

Представленная двигательная установка для маневрирующего наноспутника SamSat-M (его габариты 10х10х30 см) — электротермическая. В качестве рабочего тела двигательной установки ученые предложили смесь дистиллированной воды и этилового спирта. Свой выбор они объяснили тем, что малая молекулярная массы воды позволяет получить высокие скорости истечения пара, и, соответственно, высокую скорость маневрирования. А добавление спирта (порядка 40% смеси) предотвращает замерзание рабочего тела при низких температурах на околоземных орбитах. По словам разработчиков, такая смесь безопасна, так как не содержит самовоспламеняющихся компонентов, не токсична и не наносит экологического ущерба.

Ученые также подчеркивают: помимо решения традиционных конструкторских задач по оптимизации массы, габаритов и энергетических характеристик наноспутников, одним из наиболее острых вопросов является создание надежной и относительно дешевой системы запуска таких аппаратов на орбиту. Одним из оптимальных решений этой задачи является вывод наноспутников «попутным грузом» — на борту большого спутника-носителя, либо внутри отсеков уже отработавших ступеней ракет-носителей. В тоже время для операторов космических запусков важно минимизировать любые риски, которые способны повлиять на вывод целевой нагрузки. В том числе риски самовоспламенения каких-либо компонентов внутри попутных аппаратов.

Разработчики подчеркивают, что подобным двигателем можно оснащать любой космический аппарат формата CubeSat. Использование двигательной установки значительно расширяет возможности космических аппаратов нанокласса. В составе группировки в космическом пространстве они могут решать прикладные задачи, что невозможно решить одиночным космическим аппаратом. Так, группировка наноспутников может изучать геофизические поля, термосферу и ионосферу Земли для прогнозирования стихийных бедствий, выявлять астероидную опасность, инспектировать состояние космических аппаратов в космосе.

В настоящий момент ученые Самарского университета разработали полный комплект конструкторской документации и изготовили прототип двигательной установки на водно-спиртовой смеси. В вузе проходят испытания прототипа двигателя с целью выявления недостатков для последующей доработки. Параллельно с этим коллектив межвузовской кафедры космических исследований проектирует экспериментальный наноспутник для проведения лётно-конструкторских испытаний.

Для справки:
Максимальная масса полностью заправленной инновационной двигательной установки составляет 1,55 кг. Ожидаемый суммарный импульс скорости — не менее 80 м/с. Жидкое рабочее тело двигательной установки на водно-спиртовой смеси общей массой 450 грамм хранится в баке. Перед поступлением в сопло Лаваля водно-спиртовую смесь испаряют с помощью электрического нагревателя, полученный газ (пар) нагревается до необходимой температуры тем же нагревателем. Так как нужно проводить быстрый нагрев рабочего тела, разработчики предложили дополнить энергосистему спутника накопителями на суперконденсаторах фирмы Maxwell. Это обеспечит выдачу необходимой высокой импульсной мощности на нагреватель. Такой подход впервые будет применен на космических аппаратах этого класса.