Отечественные спутники смогут летать без топлива. Разработчики считают, что новый ионный двигатель позволит России монополизировать «низкий космос»

Орбитальным космическим аппаратам двигатели нужны для компенсации торможения, 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 значительную массу, 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 массой самого спутника. То есть масса 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.


«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.

Атмосферный свой: российские спутники смогут летать без топлива | Статьи

Российские изобретатели создали первый в мире двигатель для спутников, который работает без топлива. В качестве горючего аппарат будет использовать остатки атмосферы на орбите. Спутники с таким двигателем могли бы функционировать на считающихся низкими орбитах в районе 200 км от Земли. Сейчас этот диапазон практически не освоен, поскольку на высотах ниже 300 км аппаратам требуется слишком много топлива. Использование этих высот позволило бы, например, обеспечить страну высокоскоростной связью с относительно небольшими затратами, пояснили разработчики. Однако на низких орбитах кислород может губительно воздействовать на двигатель, что, вероятно, сократит срок службы летательного аппарата, указали эксперты.

На подножном корме

Двигатели нужны находящимся на орбите космическим аппаратам, чтобы компенсировать 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 их помощью можно изменить направление движения, траекторию и скорость спутника. 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, — силу, которая «толкает» аппарат.

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.

Фото: Global Look Press/Roscosmos

— Такому двигателю не нужно дополнительное топливо, то есть рабочий газ, — рассказал «Известиям» руководитель проекта Вячеслав Темкин. — 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.

По заявлению разработчиков, характеристики «воздушного» двигателя даже превосходят параметры, получаемые на обычных устройствах закрытого типа.

Чем ниже, тем лучше

По мнению ведущего инженера-исследователя корпорации «Российские космические системы» Марии Барковой, использование новых двигателей может позволить продлить срок службы низкоорбитальных космический аппаратов.

— При разработке своего сборщика космического мусора у меня также возникла идея использовать атмосферные газы для получения окислителя (кислорода) и горючего (водорода), которые можно найти на высоте до 1 тыс. км, — рассказала специалист. — Однако она не подошла из-за того, что на таких высотах атмосферы уже нет. Но в рамках увеличения срока службы именно низкоорбитальных космических аппаратов идея использовать атмосферные газы в качестве компонентов топлива подает большие надежды.

Фото: Роскосмос/roscosmos.ru

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.

— С нашим ионным двигателем можно уверенно удерживать спутник на высоте ниже 200 км длительное время без топлива, — заявил Вячеслав Темкин. — 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.

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.

Фото: Роскосмос/roscosmos.ru

— 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, — заявил Вячеслав Темкин. — Небольшие габариты и низкая масса спутника позволяют существенно сократить затраты на его запуск.

Однако начальник отдела Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ Александр Богатый считает, что преимущества такого двигателя неочевидны.

— Атомарный кислород, присутствующий на этих орбитах, оказывает губительное влияние как на аппарат в целом, так и на двигатель, поэтому долго использовать его не получится, — пояснил эксперт. — К тому же на высотах ниже 200 км энергии от солнечных панелей не хватит на компенсацию сопротивления атмосферы. Также двигательная установка получается довольно большой из-за необходимости захватывать требуемое количество газа.

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. Двигатель уже представили публике на проектно-образовательном интенсиве «Архипелаг».

Почему автомобили, работающие на электронном топливе, не могут заменить электромобили

  • Климат/
  • Транспорт/
  • Окружающая среда

/

Электронное топливо, вероятно, будет слишком дорогим и неэффективным для автомобилей, но оно может подойти для самолетов .

Жюстин Кальма / @justcalma

|

Поделитесь этой историей

Пилотный завод Porsche по производству электронного топлива Haru Oni ​​в Пунта-Аренас, Чили. Изображение: Porsche

В прошлом месяце компания Porsche продемонстрировала новый экспериментальный завод в Патагонии, Чили. Не тот, который производит автомобили, а тот, который производит электротопливо, синтетическую альтернативу обычному бензину из воздуха и воды. с использованием электричества. Завод, совместный проект с ExxonMobil и другими энергетическими компаниями, «является символом надежды на борьбу с изменением климата, на более устойчивое будущее — и на нем также может звучать музыка двигателя Porsche», — хвастается Porsche в Пресс-релиз от 14 февраля.

Мечта, которую автомобильные компании, такие как Porsche, продают с электронным топливом, заключается в том, чтобы водители могли сохранить свои двигатели внутреннего сгорания и одновременно бороться с изменением климата. Все, что им нужно сделать, это перейти на электронное топливо.

Электронное топливо — не панацея

Когда речь идет об очистке климата от автомобильного транспорта, электронное топливо — не панацея. Слишком дорого и неэффективно вытеснять электромобили. И при сгорании он по-прежнему выделяет углекислый газ, нагревающий планету.

Несмотря на эти недостатки, электронному топливу удалось сорвать или, по крайней мере, отсрочить план ЕС по фактическому запрету продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2035 году. Климатическая политика была почти решена, и вчера ожидается окончательное голосование по закону. Германия бросила вызов в последнюю минуту, отказавшись от поддержки этой политики, если она не позволит традиционным автомобилям оставаться на дорогах, пока они работают на электронном топливе.

Бензобак автомобиля можно заправлять синтетическим топливом для электронных сигарет так же, как и бензином. Работа на электронном топливе также приводит к загрязнению выхлопных газов, как и бензин. Но электронное топливо можно производить с использованием возобновляемых источников энергии, что стоит за климатическим аргументом в его пользу. И выбросы углекислого газа, которые он производит, потенциально могут быть нейтрализованы в процессе производства топлива, что делает его почти нейтральным по выбросам углерода.

Топливо для электромобилей можно получить путем извлечения углекислого газа (CO2) из ​​воздуха и водорода (h3) из молекул воды. Затем эти CO2 и h3 можно использовать для создания углеводородов, основного компонента нефти, газа и угля. Альтернативный метод, который Porsche использует на заводе в Патагонии, заключается в использовании углекислого газа и водорода для производства метанола, который затем превращается в бензин.

Звучит красиво, не так ли? Это способ использовать воздух и воду, чтобы создать альтернативу ископаемому топливу. Проблема в том, что этот процесс требует много энергии. И технологии, на которые он опирается, — установки для удаления углерода и электролизеры для расщепления молекул воды — по-прежнему непомерно дороги.

Даже если используется возобновляемая электроэнергия (а возобновляемой энергии по-прежнему недостаточно для достижения климатических целей), большая ее часть тратится впустую. По данным некоммерческой исследовательской группы Международного совета по чистому транспорту (ICCT), около 50 процентов потребляемой энергии теряется в процессе превращения этого электричества в водород, а затем в электротопливо.

Из-за этой неэффективности автомобиль, работающий на электронном топливе, сжигает значительно больше электроэнергии, чем электромобиль, который проехал бы то же расстояние. По данным ICCT, электромобили примерно в четыре раза более энергоэффективны.

Эта неэффективность сопряжена со значительными затратами. Сегодня никто не производит электронное топливо в промышленных масштабах, но, по словам Стефани Сирл, директора топливной программы ICCT, это, вероятно, будет стоить около 7 долларов за литр (более 25 долларов за галлон).

Стоимость «смехотворно высока»

Стоимость «смехотворно высока», говорит она, и не упадет настолько, чтобы электротопливо стало жизнеспособным вариантом очистки автомобильных загрязнений. Когда ее спросили, какую роль электронное топливо может сыграть в обезуглероживании пассажирского транспорта, она ответила прямо: «Короче говоря, никакой».

Роланд Диттмайер, директор Института микропроцессов Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии, выразил немного больше оптимизма в отношении электронного топлива. Диттмайер водит электромобиль, но считает, что электронное топливо может быть полезной альтернативой для тех, у кого нет доступа к зарядной инфраструктуре, подключенной к надежной и чистой электросети.

KIT производит электронное топливо в рамках национальной инициативы. Его небольшой демонстрационный проект также поддерживают Volkswagen, Audi, дочерняя компания Ford, Shell и другие промышленные партнеры. Но на самом деле в центре внимания исследования не автомобили, а самолеты.

Электронное топливо лучше всего использовать в авиации, соглашаются Диттмейер и Сирл. «Приоритетом для легковых автомобилей является батарея, [но] очень мало шансов, что вы когда-либо будете летать с батареями на большие расстояния», — говорит Диттмейер The Verge .

Электронное топливо лучше всего использовать в авиации

Аккумуляторы — это простой способ заставить автомобили работать на возобновляемых источниках энергии. Но аккумуляторная технология все еще слишком тяжела для самолетов, которым, скорее всего, придется полагаться в первую очередь на альтернативные виды топлива, чтобы взлетать с меньшим загрязнением окружающей среды. И Диттмайер беспокоится, что вся драма, крутящаяся вокруг автомобилей, работающих на электронном топливе, может отвлечь внимание от исследований, необходимых для разработки синтетического топлива для авиации.

Тем временем стремление создать лазейку для электронного топлива в климатической политике ЕС — это всего лишь попытка оставить на дорогах автомобили, потребляющие бензин, беспокоится Сирл. «Мы боимся, что попытка спасти двигатель внутреннего сгорания и создать для него будущее — это метод пробуксовки», — говорит она. И если они оставят двигатели внутреннего сгорания на дороге, регулирующим органам может быть очень сложно отследить, работают ли они на самом деле на электронном топливе или на старом добром бензине.

Как мы видели, политика играет ключевую роль в стимулировании внедрения электромобилей. Мировые продажи электромобилей в этом году упали, так как Китай и многие страны Европы сократили субсидии. Продажи электромобилей резко выросли до этого сдвига, увеличившись на 60 процентов в 2022 году. Как бы то ни было, Porsche делает ставку как на электромобили, так и на электромобили. К концу десятилетия компания планирует, что 80 процентов ее продаж будут приходиться на электромобили.

Самый популярный

  1. Новый дизайн Spotify — часть Tiktok, Part Instagram и часть YouTube

  2. Как социальная сеть разваливается

  3. Silvergate.

    Собрал

    91111111111111111111111111111. денег своей американской команды, если они уйдут в течение следующих двух недель

  4. Inside Specialized стремится создать самый удобный и мощный электровелосипед из когда-либо созданных

Вместо того, чтобы отказываться от газового двигателя, Калифорния должна позволить новаторам внедрять инновации

(AP Photo/Jae C. Hong)

Парковочное место, зарезервированное для электромобилей, видно на стоянке станции метро в Норуолке, Калифорния, понедельник, 29 августа 2022 года. Среди них сниженные цены, программы каршеринга и надежная сеть общественных зарядных станций. способы, которыми Калифорния попытается сделать электромобили доступными и удобными для людей с любым уровнем дохода, поскольку к 2035 году она постепенно прекратит продажу новых бензиновых автомобилей. (AP Photo/Jae C. Hong)

Несколько правительств США приняли решение о значительном сокращении или запрете закупок автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Например, в Калифорнии требуется, чтобы растущая доля продаж новых автомобилей доля приходилась на полностью или гибридные электромобили или автомобили на топливных элементах, начиная с 35 процентов в 2026 году и до 100 процентов продаж в 2035 году.

Есть больше технологических вариантов для автомобилей с нулевым уровнем выбросов, в том числе перспектива того, что современные автомобили внутреннего сгорания могут быть сокращены или с нулевым уровнем выбросов за счет чистого бензина без выбросов. Как следствие, эти правительства должны отменить свои запреты на автомобили с двигателями внутреннего сгорания и сосредоточиться на нейтральных в технологическом плане вариантах.

Превращение вашего нынешнего автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в автомобиль с нулевым уровнем выбросов основано на новом типе очистки бензина. Один из стандартных путей — начать с неизлучающей энергии, такой как ядерная, ветровая, солнечная, гидроэлектроэнергия или, возможно, в будущем термоядерный синтез. С помощью электролиза или пиролиза природного газа энергия используется для отделения водорода от воды или природного газа. Затем водород смешивается с потоком углекислого газа, возможно, из атмосферного улавливания, в биореакторе для создания синтетического бензина с отрицательным содержанием углерода, который часто называют «электронным топливом». Обратите внимание, что этот же процесс можно использовать для создания синтетического природного газа с отрицательным содержанием углерода, авиационного топлива или пластмасс. Несколько авиакомпаний инвестируют в этот вид авиационного топлива. Вы даже можете создать полиэстер и сделать одежду с отрицательным содержанием углерода, и несколько компаний уже делают это сегодня. От мощности до вашей следующей тренировочной рубашки — это отголоски репликатора из «Звездного пути».

Когда этот бензин с отрицательным содержанием углерода используется в вашем стандартном автомобиле с двигателем внутреннего сгорания, выбрасываемый углерод равен количеству углерода, извлеченному из атмосферы для производства топлива. Таким образом, это нулевое изменение атмосферы. Еще одним преимуществом электронного топлива является то, что вы можете смешать его с существующим бензином и начать сокращать выбросы автомобилей внутреннего сгорания уже сегодня, не требуя от людей покупать новый автомобиль.

Несколько компаний, в том числе Porsche и LanzaTech, коммерциализируют производство этого вида топлива. И особенно интересно, что Porsche и Toyota недавно заявили, что смерть автомобиля внутреннего сгорания не является неизбежной, отчасти из-за подобных инноваций.

Проблема заключается не в перспективах химических шагов, которые уже были доказаны. Он разрабатывает меры по повышению эффективности процесса, чтобы снизить затраты на каждом этапе. В настоящее время стоимость некоторых продуктов, производимых таким образом, примерно вдвое превышает стоимость топлива на нефтяной основе, но стоимость снижается благодаря инновациям в области химической инженерии, и Калифорния должна разрешить эту альтернативу, чтобы увидеть, сможет ли она экономически конкурировать.

Перед праймериз Республиканской партии нужен запоздалый момент истины

Администрация Байдена должна занять более жесткую позицию в отношении загрязнения сажей

Суть не в том, чтобы отстаивать мнение, что жидкое топливо с нулевым уровнем выбросов определенно является лучшим решением для автомобилей с нулевым уровнем выбросов по сравнению с электромобилями или водородом. Это должно подчеркнуть, что политики, произвольно предписывающие определенные энергетические технологии, в данном случае предписывающие автомобильные технологии, являются плохой политикой. И особенно странно, что Калифорния, одно из самых инновационных мест в мире, закрыла возможности новых технологий, которые имеют перспективы для достижения своих целей. Эти варианты включают в себя двигатель внутреннего сгорания, который имеет определенные показатели производительности намного лучше, чем у электромобилей, включая расстояние, тяжелую подъемную силу, возможность дозаправки и работу в холодных условиях. Независимо от того, хранится ли неизлучающая энергия в электрохимической, водородной или жидкой форме для использования в автомобилях, было бы лучше, если бы правительства были открыты для всех них.

Posted inДвигатель