Создатель Алексей Тимошенко
Ионный движок, установленный на борту GOCE, считается главным движком галлактических аппаратов грядущего. В отличие от обыденного ракетного мотора он делает наименьшую тягу, но зато работает намного подольше и эффективнее употребляет припас горючего. Заместо языка пламени за аппаратом с ионными движками остается знакомый по умопомрачительным фильмам голубой светящийся след.
Ксеноновый тюнинг для спутника
Новый привод, разработанный инженерами ESA, употребляет заместо ракетного горючего и окислителя (без которого горючее просто не зажгется) инертный газ ксенон. На Земле его используют в ярчайших галогенных лампах для авто фар, а на борту галлактического аппарата его употребляют в качестве реактивной массы.
Как докладывают ученые, у ионного мотора даже нет горючего в серьезном смысле этого слова. Ксенон, бак с которым установлен на спутнике, не сгорает и даже не вступает в какие-то хим реакции. Заместо этого газ ионизируется (с атомов срываются наружные электроны), преобразуется в плазму и электронное поле выталкивает ионы ксенона из сопла мотора со скоростью около 40 км/с.
Ионный движок получает электричество от солнечных батарей, а выкидываемые им ионы делают реактивную тягу. Величина этой тяги в несколько миллиньютон (приблизительно такую тягу развивает бегущий таракан) может показаться малозначительной, но зато маленький расход ксенона позволяет движку работать несколько месяцев попорядку.
Измерить гравитацию Земли
Аппарат GOCE астрологи сконструировали не просто для тесты нового мотора. На его борту установлены чувствительные приборы, которые призваны измерить неоднородности силы тяжести. Ученые уповают при помощи GOCE составить подробную карту гравитационного поля Земли и найти из-за этого точную форму земного шара.
Информация о силе тяжести и форме планетки нужна, в свою очередь, многим спецам. С ее помощью климатологи сумеют проследить за конфигурацией уровня океана при глобальном потеплении, а океанологи уточнить картину подводных течений. В сообщении ESA сказано и о практических применениях приобретенной инфы геодезистами и картографами.
Не только лишь краса, да и аэродинамика
Эффектное сине-голубое пламя ионного мотора позволило развить тягу, в точности компенсирующую торможение спутника из-за трения об атмосферу. Конструкторы аппарата таким макаром решили делему полета на очень малой (по меркам спутников) высоте всего в 280 км. Интернациональная галлактическая станция и тем паче телескоп «Хаббл» работают на большей высоте. Но четкие измерения гравитационного поля лучше проводить как можно поближе к поверхности планетки.
Разгон до сотки за четыре денька
По данным инженеров ESA, система поддержания неизменной скорости работает даже лучше, чем ожидалось. Это не 1-ое испытание ионной тяги в космосе, но принципиальный шаг на пути к движкам грядущего. От первого макета до практического использования подобные движки преодолели длинный путь.
1-ые ионные ускорители (использующие не ксенон, а ртуть) испытали в 1970 году на южноамериканском аппарате SERT 2, построенном специально для проверки нового привода. Мысль оказалась работоспособной, но прямо до 1998 года такие движки ставились только как вспомогательные на ряде русских спутников.
В качестве основной двигательной установки ионный ускоритель выступил лишь на зонде Deep Space 1, построенном для тесты сходу 2-ух 10-ов многообещающих технологий. На нем инспектировали ряд систем от движков до системы автоматической компенсации повреждений. Deep Space 1 благополучно пропархал мимо астероида Брайль и кометы Борели, передав на Землю ценную научную информацию. Конструкцию движков ученые признали успешной.
После чего были построены два аппарата, которые уже не отрабатывали многообещающую технологию, а предназначались для других задач. Южноамериканский зонд Dawn на данный момент движется к астероиду Весте (конкретно его движок обеспечивает разгон до 100 км/час за четыре суток), а GOCE удачно приступил к работе поблизости верхней границы атмосферы Земли.
Перспективы
Кроме GOCE и Dawn ионный движок может показаться в дальнейшем и на борту интернациональной галлактической станции для корректировки ее орбиты, если, естественно, этим планам не помешает недочет финансирования. Движок VASIMR станет самым массивным из когда-либо построенных - его тяга составит уже 5 ньютонов.
С бытовой точки зрения это малость (вес полукилограммовой гири), но этого будет довольно для компенсации торможения о верхние слои атмосферы. Маленький расход применяемого движками инертного газа (аргона заместо ксенона) в состоянии сделать таковой движок прибыльным экономически: подвозить горючее на грузовых кораблях придется пореже.
Интересные материалы:
Россия подумывает о будущей отстыковке своей части МКС Надувная башня заменит космический лифтnlo-mir.ru
Брэндон Джексон (Brandon Jackson), исследователь из Мичиганского технологического университета, создал математическую модель нового типа электрического двигателя для миниатюрных космических аппаратов, рабочим телом которого является ферромагнитная жидкость.
Данная технология, согласно расчетам математической модели, может обеспечить тягу, достаточную для движения спутников стандарта CubeSat или спутников меньших размеров.
Современные миниатюрные спутники могут выполнять почти все те же задачи, которые выполняют и большие спутники, размерами с автомобиль или автобус. Однако, такие крошечные космические аппараты нуждаются в эффективном миниатюрном двигателе, который позволит им маневрировать и удерживаться на стабильной орбите.
Ионные двигатели, используемые на больших космических аппаратах, имеют очень малую эффективность, когда их размеры сокращаются до уровня использования их на микроспутниках. И технология получения реактивной тяги за счет электрораспыления ферромагнитной жидкости является весьма перспективной с данной точки зрения.
В традиционной технологии электрораспыления используются крошечные полые иголки, с кончиков которых под воздействием приложенного электростатического напряжения распыляется крошечный поток жидкости. Но у этой технологии имеется и обратная сторона медали, иглы являются непрочными, дорогостоящими в производстве, они легко забиваются и разрушаются.
Феррожидкость представляет собой магнитную жидкость, которая вращается в магнитном поле. Добавьте электрическое поле, и каждый игольчатый штырь испускает струю ионов.
Для решения этой проблемы исследователи создали новый вид двигателя, который под воздействием прикладываемого магнитного поля «сам себя собирает» из своего же топлива, ферромагнитной жидкости. При этом, данный двигатель является буквально неразрушимым, ферромагнитная жидкость моментально восстанавливает свою форму при ее искажении каким-либо внешним воздействием.
«Под воздействием магнитного поля жидкость принимает форму «ежа» с множеством иголок. А когда мы прикладываем к этому сильное электрическое поле, каждая иголка испускает в пространство крошечный поток ионизированной жидкости.
Потеря двигателем жидкости восполняется из резервуара и иголки постоянно восстанавливают свою форму, что позволяет с высокой точностью регулировать развиваемую двигателем тягу», — рассказывает Брэндон Джексон.
В настоящее время исследовательская группа уже определила все сложные «взаимоотношения», связывающие силу магнитного, электрического поля и силы поверхностного натяжения ферромагнитной жидкости.
Сейчас Научно-исследовательское управление ВВС США (Air Force Office of Scientific Research, AFOSR) заключило контракт с научной группой, целью которого является продолжение исследований в данном направлении.
В рамках этого контракта будут проведены углубленные изучения динамики и процессов, происходящих в одной иголке магнитной жидкости, а после этого группа приступит к созданию прототипа нового двигателя, в котором будет использоваться не менее 100 иголок.
В дополнение к разрабатываемому космическому двигателю данная технология электрораспыления ферромагнитной жидкости может быть использована и во множестве других областей, включая спектрометрию, фармацевтическую промышленность, нанопроизводство и т.п. А Мичиганский технологический университет уже подал патентную заявку на свое изобретение и ожидает ее ближайшего одобрения.
Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.
quibbll.com
05:2809.04.2016
(обновлено: 14:37 09.04.2016)
48422106262
США получат собственные ракетные двигатели минимум через шесть лет, и Россия остается доступным и надежным выходом, чтобы отправляться в космос, заявили в Пентагоне. лет до создания собственного ракетного двигателя может
ВАШИНГТОН, 9 апр — РИА Новости. Министерству обороны США в ближайшие шесть лет понадобятся еще 18 российских двигателей РД-180 для запуска военных спутников, заявил заместитель главы ведомства Роберт Уорк.
Эксперт: США не могут РД-180 скопировать, не то что замену создатьКак рассказал представитель Пентагона агентству Рейтер, США необходимо иметь по меньшей мере "два доступных и надежных способа добраться в космос". Поэтому, по его словам, пока у США не появится собственный двигатель, приходится полагаться на российские РД-180. "Мы просто не видим способа получить новый двигатель раньше, чем через шесть лет, и поэтому на этот переходный период нам нужны РД-180. Не больше 18", — сказал он.
В марте Пентагон заключил контракты с United Launch Services (ULA) и Aerojet Rocketdyne на создание до 2019 года ракетных двигателей взамен российских РД-180.
Huffington Post: США отрицают "горькую правду" об отставании в космосеПо инициативе сенатора США Джон Маккейна в 2014 году конгресс постановил отказаться от российских двигателей и ускорить разработку американских аналогов, но этот запрет был снят в бюджетном законе, который вступил в силу в декабре и действует до октября 2016 года. Пентагон поддержал это решение в краткосрочной перспективе, однако Маккейн был возмущен. Те, кто призывают не торопиться с введением запрета на российские двигатели, просят учесть интересы консорциума гигантов американской военной промышленности Boeing и Lockheed Martin, образующих концерн ULA, который покупает РД-180 для запусков военных спутников США и является одним из основных исполнителей запусков для ВС США на ракете Atlas V. Конкуренцию ULA составляет SpaceX, которая лишь недавно получила сертификат на право осуществления миссий для ВВС США на своей ракете Falcon 9.
ria.ru
Техника ломается у всех. Сейчас над нашими головами пытается выбраться на геостационарную орбиту американский военный спутник связи MUOS 5, основной двигатель которого вышел из строя в первые дни после запуска. Инженеры не сдаются и пытаются все-таки вывести его на нужную орбиту, используя маломощные двигатели ориентации. А мы с вами можем следить за этой космической драмой.
Четыре спутника MUOS уже работают по назначению, а пятый должен был выйти в позицию над Индийским океаном (72° E) и служить в качестве резервного. Legacy UFO на картинке - старые спутники системы Ultra High Frequency Follow-On. Спутник системы MUOS работает в диапазонах 300-320 и 360-380 МГц и имеет 64 канала WCDMA с шириной канала 5 МГц. Технологически эта система связи базируется на коммерческой связи 3G, конечно же, с военными доработками.
Интересной особенностью спутников являются антенны из позолоченной проволоки.
Меньшая, диаметром 5,4 метра используется для устаревших сетей связи (292-318МГц), а 14-метровая антенна обеспечит в десять раз большую пропускную способность.
Масса одного спутника составляет 6740 кг. Общая стоимость программы MUOS оценивается в $7,7 млрд.
Длинное:
Разгонный блок "Центавр" вывел спутник на геопереходную орбиту 3903х35654 км с наклонением 19°. Астрономы-любители даже смогли сфотографировать разгонный блок и спутник вскоре после разделения. Размытое пятно на снимке - дренаж баков разгонного блока от топлива, окислителя и газа наддува, чтобы "Центавр" не взорвался в космосе.
С геопереходной орбиты MUOS 5 должен был разогнаться на ~1400 м/с и поднять перицентр (нижнюю точку орбиты) до ~36000 км. Сравнительно небольшая тяга маршевого двигателя означала, что это нужно будет делать в несколько этапов.
Первые пять дней все шло хорошо. Орбита поднялась до 15249х35710 км, а наклонение уменьшилось до 9,8° (для того, чтобы выйти на геостационарную орбиту наклонение нужно обнулить). Астрономы-любители фиксировали мерцание спутника с периодом 5 минут, что характерно для нормального вращения на геопереходной орбите спутников на платформе А-2100 компании Lockheed Martin. До цели, геостационарной орбиты, оставалось всего 600-700 м/с, но в районе 5 июля изменение орбиты спутника прекратилось, а уже 8 июля на новостных сайтах появилась информация об аварии маршевого двигателя спутника. MUOS 5 оказался в большой беде.
При массе 4,5 кг и длине 0,65 метра BT-4 имеет тягу 46 кг и работает на топливной паре гептил-амил. Двигатель хорошо себя показал на множестве геостационарных спутников и ставится на грузовой корабль Cygnus, который летает к МКС.
Последняя авария этого двигателя, судя по имеющейся в Интернете информации, произошла в 2010 году - тогда спутнику AEHF-1 (тоже американскому, военному и связному) понадобилось больше года, чтобы добраться до геостационарной орбиты.
Если вас заинтересовала драма MUOS 5, то вы можете следить за его параметрами орбиты, например, тут. Увеличение высоты перигея означает, что спутник меняет орбиту. Если (когда) он окажется на орбите ~35500х36000 км с наклонением ~5° (параметры взяты у спутника MUOS 4 и должны быть типичными для группировки), то только тогда его долгая и трудная дорога будет закончена успешно.
Источники:
lozga.livejournal.com
Управляемый электрический двигатель позволит значительно уменьшить вес космического корабля, при этом существенно сократить расходы при полетах к Марсу.
Электрический двигатель оценивается сегодня, как одна из главных ультрасовременных космических технологий, которая может значительно продвинуть человечество в его стремлении покорять другие планеты. Установка таких силовых установок на межпланетные корабли позволит послать людей в дальний космос при этом стоимость полета будет значительно ниже по сравнению с другими формами двигателей.
В настоящее время существует только четыре космических агентства, у которых есть на вооружении электрический двигатель или проводятся активные работы по его созданию. Полагаясь на собственные ресурсы, Китай, вслед за Соединенными Штатами, Российской Федерацией, Европой и Японией, разработал эту современную технологию, надеясь в скором времени выйти на международный рынок спутников связи, имеющих в своем составе электрические двигатели.
Китай планирует запустить свой первый спутник с электрическим двигателем приблизительно в 2020, чтобы обеспечить возможность широкополосной передачи информации, как в самой стране, так и в соседних приграничных областях.
Китай также планирует запустить гибридный спутник связи в конце 2016. Предполагается, что электрический двигатель будет использоваться на будущей национальной космической станции.
Электрические системы сегодня изготавливаются с использованием ионного электростатического двигателя или двигателя с эффектом Холла. Они практически идентичны. Принцип работы их в следующем: они используют электричество, вырабатываемое солнечными батареями, для ионизации топлива (обычно, газ ксенон). Ускорившиеся ионы позволяют получить соответствующую тягу.
Самое большое преимущество электрического двигателя состоит в том, что он использует одну десятую количества топлива от того, что необходимо стандартным химическим. Обычный 5-тонный спутник связи с химической силовой установкой содержит три тонны топлива. Системе с электрическими двигателями для аналогичного спутника потребовалось бы только 300 кг топлива.
Выгода очевидна. Вес космического аппарата может быть существенно уменьшен, в результате чего можно вывести на орбиту два спутника одновременно; или можно запустить дешевую, меньшей мощности ракету, чтобы доставить спутник на нужную орбиту, что значительно уменьшит стоимость запуска. Можно также поместить больше оборудования на спутник, чтобы расширить его функции.
При использовании электрического двигателя срок эксплуатации спутника больше не будет ограничен количеством топлива. Продолжительность функционирования в таком случае увеличилась бы до 15 — 20 лет.
Главный недостаток электрического двигателя – то, что его тяга, пока еще очень низкая, поэтому он не может устанавливаться на ракетоносителях и космических кораблях, который необходимо быстро выйти на орбиту. Применение электрического двигателя может значительно улучшить конкурентоспособность китайских спутников связи на коммерческом рынке.
Кроме того, преимущество экономии топлива может создать предпосылки для межзвездных путешествий исследовательских зондов в глубины космоса.
В настоящее время уже существуют зонды по исследованию дальнего космоса, которые приводятся в движение электрическими двигателями. Они исследуют Луну, астероиды и комету. Японский «Хаябуса» направлен к астероиду, чтобы взять с него образцы и доставить их на Землю. Американский космический зонд Dawn был первым аппаратом, которому удалось провести исследования сразу двух астероидов в одном полете.
Электрический двигатель будет играть важную роль при осуществлении пилотируемых полетов в дальний космос.
Уже известно, что пилотируемый марсианский корабль, включая системы приземления, возврата и жизнеобеспечения, может весить около 1 500 тонн, если будут использоваться химические двигателя. В настоящее время самый мощный ракетоноситель может доставить максимум 100 тонн груза на околоземную орбиту, следовательно, марсианский космический корабль придется собирать в космосе. Его стоимость в таком случае будет просто запредельной. Применив электрический двигатель, вес космического корабля можно понизить до 300 тонн.
Китай запустил спутник Shijian-9 в 2012, чтобы проверить функционирование двух экспериментальных электрических двигателей. В настоящее время такие силовые установки, изготовленные Китаем, вырабатывают до 5 киловатт. Запланировано разработать электрический двигатель на 50 киловатт к 2020. Система из 40 двигателей по 50 киловатт смогла бы доставить 300-тонный космический корабль к Марсу за 200 дней.
24space.ru
Прежде всего надо понять: чего именно добиваются разработчики? Здесь все просто: главная цель этой технологии — повысить массу выводимого на геостационарную орбиту космического аппарата. Все используемые для вывода на ГСО ракеты постоянно модифицируются с целью повышения грузоподъемности. Но каждая из них имеет свой конструкционный предел, и спутники в последнее время все время норовят через этот предел перешагнуть.
Основная задача, которую решает разработчик спутника совместно с оператором — сделать космический аппарат (КА), который принесет максимальную выгоду. Для этого приходится решать многопараметрическую задачу, и самый главный ограничительный параметр — масса, которую может вывести на орбиту доступная ракета. Если оператор выводит спутник в популярную (в отрасли есть термин «разогретая») орбитальную позицию, то он заинтересован в максимальном увеличении количества транспондеров и их мощности: чем тяжелее аппарат, тем ниже получается удельная стоимость емкости. То есть, чем выше масса аппарата в разогретой точке, тем дешевле 1Мгц полосы. Если же точка не разогрета, рынок неизвестен, и оператор планирует спутник среднего весового класса, то и в этом случае ракета с высокой грузоподъемностью может оказаться выгоднее, так как она способна вывести два КА одним пуском.
Ко всему прочему, в результате отказа от иностранной (в первую очередь — американской) комплектации заставила российские аппараты потяжелеть. Снижение функционала спутника приведет к ухудшению бизнеса оператора. Можно ли как-то извернуться и вывести на орбиту больше, чем в принципе может это сделать российский «Протон»? Ответ, к счастью, положительный: можно, если использовать электрореактивные двигатели и сильно увеличить время вывода.
В 1916-17 годах Роберт Годдард подтвердил своими опытами реальность создания ЭРД, а в начале 30-х будущий академик и конструктор советских ракетных движков Валентин Глушко создал первую экспериментальную модель. Дальнейшие разработки пошли уже в шестидесятые, когда понадобилось корректировать положение космических аппаратов на орбите.
Специфика ЭРД такова: очень малая тяга, но очень высокий удельный импульс (время, в течение которого двигатель может развивать тягу в 1 килограмм-силу, используя массу топлива в 1 кг).
То есть высокое, по сравнению с химическими ракетными двигателями, время работы при малой массе самого двигателя. Эти особенности и определили нишу применения: коррекция аппаратов на орбите, перевод спутников с одной орбиты на другую. ЭРД бесполезны там, где нужно высокой тягой бороться с атмосферой и вытаскивать груз из «гравитационного колодца» Земли. Но они незаменимы там, где можно малыми усилиями изменить положение КА.
Наибольшее распространение из всех ЭРД получили стационарный плазменный двигатель (СПД), в которых тягу создает поток разогнанной электромагнитным полем плазмы (ионизированного газа). В качестве рабочего тела в СПД как правило используется какой-либо инертный газ, чаще всего ксенон.
Первые СПД испытаны в 1964 году на спутниках «Метеор», с 1972 года они штатно используются для коррекции орбит космических аппаратов. Основной разработчик СПД — ОКБ «Факел» из Калининграда, чьи двигатели широко используются на российских и иностранных коммуникационных геостационарных спутниках
Основной двигатель ОКБ «Факел», предназначенный для корректировки КА на орбите — СПД-100. С 1995 года НПО прикладной механики им. М.Ф. Решетнева (сейчас называется ОАО «Информационные спутниковые системы» им. М.Ф. Решетнева) начало устанавливать его на свои российские аппараты — «Галс», «Экспресс», «Экспресс-А», «Экспресс АМ», Sesat и др. С 2003 года СПД-100 стали ставить и на иностранные спутники: Inmarsat, Intelsat-X, IPSTAR-II, Telstar-8 .
С появлением СПД-100 (тяга около 9 граммов, удельный импульс 1600-1700 секунд, ресурс 7-9 тыс. часов) сразу же возникла идея использовать сборку из нескольких движков для вывода на ГСО. В конце 90-х в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева родился проект универсальной космической платформы «Яхта». На опорную орбиту «Яхту» должна была выводить ракета легкого класса, а далее спутник при помощи СПД добирался до ГСО в течение нескольких месяцев. Основным преимуществом проекта было использование конверсионной ракеты «Рокот», что должно было серьезно снизить цену запуска. Проект реализован не был, но идея осталась и была использована в других проектах.
1 ноября 2017 года на конференции SatComRus Николай Тестоедов, генеральный директор ОАО ИСС им. М.Ф. Решетнева — основного разработчика космических аппаратов для ФГУП «Космическая Связь» — отметил, что требования ФГУП «Космическая связь» (ГП КС) как заказчика являются основным драйвером прогресса в разработке отечественных спутников. Выполнение требований по импортозамещению при сохранении функционала аппаратов ведет к увеличению массы, для компенсации которой приходится применять альтернативные схемы вывода на орбиту.
Согласно данным, приведенным Николаем Тестоедовым, около пяти лет назад на аппаратах Министерства обороны применялось до 25% импортных элементов, на КА двойного назначения «Глонасс» — до 50%, на коммерческих — до 75%. Из всех импортных комплектующих 87% поставлялись из США. Поэтому импортозамещение для ОАО ИСС является постоянной и давней проблемой, несколько обострившейся в 2014 году. Программа предусматривает не только замену импортной комплектации на отечественную, но и замену американских комплектующих европейскими.
Николай Тестоедов акцентировал на том, что сейчас выполнение всех программ, которые ОАО ИСС выполняет для ГП КС и других заказчиков, не нарушено. Не изменен и функционал аппаратов — сохранены все заявленные ранее характеристики. Ситуация с иностранными (прежде всего — американскими) комплектующими после 2014 года привела к двум отрицательным факторам. Первый: сдвинулись сроки выполнения заказов, некоторых — до двух лет. Второй — в некоторых космических аппаратах вес полезной нагрузки вырос до 40%.
Возросшая масса аппаратов компенсируется применением альтернативных схем выведения: аппараты выводятся на геостационарную орбиту (ГСО) при помощи электрореактивных двигателей. В частности, «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6»: каждый спутник выводился на ГСО в течение 72 дней при помощи электрореактивных двигателей, что позволило компенсировать превышение массы каждого аппарата на 108 кг. Можно рассчитывать и на еще большие массы аппаратов, если запланировать еще более долгий вывод на ГСО. Однако, в этом процессе надо знать меру: чрезмерно долгие сроки вывода не устраивают заказчиков, которые теряют доход из-за задержки с началом предоставления услуги.
Итак, в России СПД используются для того, чтобы компенсировать повышенную массу космического аппарата. А для чего их используют иностранные разработчики? В общем и целом для того же самого. Проблемы импортозамещения перед ними не стоит (хотя европейцы тоже стараются ориентироваться на европейскую комплектацию), но и они и их заказчики-операторы тоже заинтересованы в том, чтобы вывести на ГСО спутник большей массы.
Спутники разработки Airbus, Boeing, Lockheed Martin, Space Systems/Loral и Thales Alenia Space выводятся ракетой на геопереходную орбиту (ГПО): сильно вытянутая орбита с перигеем 200 км и апогеем 36 тыс. км. А с геопереходной не геостационарную орбиту спутник довыводится апогейным двигателем. И если масса спутника при отделении от ракеты на ГПО составляет около 6 тонн, то из них около 2 тонн приходится на топливо для жидкостного апогейного двигателя.
Сейчас все более популярным решением становится использование в качестве апогейного двигателя сборки из СПД, что позволяет выделить большую массу на полезную нагрузку, но увеличивает время вывода. Использование СПД (в том числе и российских СПД-100 и СПД-140) на иностранных спутниках в роли апогейного двигателя позволило разработчикам ввести термин all-electric — спутник, у которого все двигатели электрореактивные.
11 октября на геостационарную орбиту был выведен спутник Eutelsat 172B, запущенный 1 июня ракетой Ariane 5 с космодрома Куру. На этом спутнике установлена недавняя разработка ОКБ «Факел» — SPT-140, его тяга в три раза выше тяги СПД-100 при том же удельном импульсе и ресурсе. С момента запуска до достижения геостационарной орбиты прошло всего четыре месяца, и этот срок объявлен как рекордный. Топлива при выводе было использовано в 6 раз меньше, чем для спутников с химическими двигателями.
Применение технологии долгого вывода при помощи СПД имеет массу своих тонкостей. К тому же, изначально схема вывода российских аппаратов отличается от схемы вывода иностранных. Российские спутники не оборудованы апогейным двигателем, и выводятся на ГСО непосредственно разгонным блоком. С «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6» пришлось импровизировать, хотя, разумеется, импровизация была тщательно просчитана.
Николай Алексеевич Тестоедов пояснил «Теле-Спутнику», ОАО ИСС давно использует стационарно-плазменные двигатели СПД разработки ОКБ «Факел» для коррекции положения спутника по наклонению. СПД-100 изначально не предназначены для довыведения, но такая необходимость возникла, и двигатели успешно вывели «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6» на ГСО.
Сначала ракета выводит спутник на опорную орбиту (около 200 км), здесь нет никаких отличий в схемах вывода российских и иностранных аппаратов. С опорной орбиты иностранный спутник выводится разгонным блоком (то есть самой последней — третьей или четвертой — ступенью) на геопереходную, а затем апогейный двигатель переводит его на геостационарную, что занимает примерно сутки. В российской схеме вывода на ГСО использование апогейного двигателя не предусмотрено: разгонный блок, установленный на ракете (неважно — «Союз» или «Протон») сразу выводит спутник на ГСО. Это называется прямое выведение. Так выводились все «Экспрессы» до АМ5 и АМ6 — мощности «Протона» для прямого выведения этих аппаратов не хватало. И тогда, как рассказывает Николай Тестоедов, и пришлось пойти на некую импровизацию (хотя теоретически эта схема прорабатывалась ранее): «дотащить» спутник на ГСО теми СПД, которые изначально предназначены для ежесуточной коррекции положения аппарата. Схема была успешно реализована, оба спутника безо всяких замечаний работают в составе группировки оператора.
Иностранные разработчики в свою очередь реализовали идею перехода с ГПО на ГСО при помощи ЭРД. Занимает это уже не сутки, а несколько месяцев. И вся разница, утверждает Николай Тестоедов в том, что «Экспрессы» довыводились из того положения, куда смог их вывести «Протон», а Eutelsat 172B — с геопереходной орбиты.
Любой спутник, и особенно любая новая технология так или иначе отражается на бизнесе, и в первую очередь на страховке. Николай Тестоедов рассказал, что довывведение на электрореактивных двигателях сейчас квалифицировано во всем мире, и поэтому на страховке не отражается. Доказательством оценки качества технологий, применяемых ОАО ИСС, в том числе и технологии довыведения, является то, что сегодня все КА производства этого предприятия застрахованы без ограничений. Тестоедов упомянул даже, что последнее собрание андеррайтеров в Лондоне прошло скучно: все работает, замечаний нет, говорить, в общем-то, не о чем. Ситуация по сравнению с прошлым годом, когда страхование «Экспрессов» было под угрозой, изменилась кардинально.
При этом, замечает эксперт, ничего не дается даром. И оба варианта — что российский полного довыведения, что иностранный довыведения с ГПО — это размен лучшей конфигурации полезной нагрузки (и, соответственно, ее больший вес) на большее время довыведения. Оператор имеет более эффективную полезную нагрузку, но не может осуществлять бизнес в те несколько месяцев, пока СПД выводят спутник на ГСО. Сейчас в ОАО ИСС проектируется специальная система довыведения на базе более мощных СПД-140, что позволит сократить время вывода на ГСО.
____________________Подпишитесь на канал «Теле-Спутника» в Telegram: перейдите по инвайт-ссылке или в поисковой строке мессенджера введите @telesputnik, затем выберите канал «Теле-Спутник» и нажмите кнопку +Join внизу экрана.
www.telesputnik.ru
"Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю" - так, по легенде, сказал Архимед, научно объяснив интуитивно понимаемый принцип работы рычага. Но в космическом вакууме опоры нет. А спутникам нужно, чтобы солнечные батареи смотрели на Солнце, антенны - на Землю, камера - на интересный участок Марса, а двигатель для коррекции орбиты - строго в определенную точку пространства. Приходится что-то придумывать, чтобы опереться на пустоту.
Двигатели ориентации лунного модуля
Двигатели можно сделать мощными, чтобы поворачивать тяжелые аппараты или крутиться быстрее, или очень слабыми, чтобы поворачиваться очень точно. Они сравнительно мало весят и не требуют электроэнергии, когда не работают. Все бы хорошо, но для того, чтобы поворачиваться, нужно тратить топливо, а его всегда ограниченное количество. Да и у самих двигателей есть ограничения по количеству запусков и общему времени работы.Двигатели ориентации можно также использовать для орбитальных маневров, особенно если планируется стыковка. Маршевый двигатель может толкать аппарат только в одну сторону, а с помощью двигателей ориентации можно смещаться по всем осям.
Достоинства:
Двигатели причаливания и ориентации корабля "Союз" на МАКС-2005. Красное - защитные крышки, которые снимаются перед полетом
Работа ДПО корабля "Союз" во время стыковки с МКС в ускоренном воспроизведении
Если нас устраивает стабилизация по одной оси, мы не собираемся поворачивать аппарат в разные стороны и делать фотографии с длинной выдержкой, этот способ может оказаться очень экономным.
Достоинства:
Запуск спутника с разгонным блоком PAM-D с борта Спейс Шаттла (смотреть с 4:06)
После разгона можно было достаточно просто затормозить вращение, используя закон сохранения момента импульса (пример в невесомости, пример на котиках) - небольшие грузы разматывались на тросиках и замедляли вращение аппарата.
Использование маховиков позволяет поворачиваться с высокой точностью и не тратить драгоценное топливо. Но, как и любая другая техническая система, маховики имеют свои недостатки. Прежде всего, один маховик может поворачивать аппарат только по одной оси. Чтобы полностью управлять ориентацией аппарата нужно три маховика. А учитывая необходимость резервирования, шесть или больше. Также, скорость поворота прямо пропорциональна массе маховика и скорости его вращения и обратно пропорциональна массе аппарата. Говоря простым языком, чем больше масса аппарата, тем тяжелее должны быть маховики. Также, любой маховик имеет предельную скорость вращения и может разорваться, если его раскрутить сильнее. А если возмущающая сила действует на аппарат в одном направлении, то маховик со временем дойдет до предельной скорости, и нужно будет его разгружать какой-нибудь другой системой. Ну и, наконец, как и любая механика, маховик со временем изнашивается и может выйти из строя.
Достоинства:
Один из маховиков телескопа "Хаббл"
Если поместить такой волчок в подвесную систему, то можно, "опираясь" на него, поворачиваться в нужную сторону. Такие конструкции называются силовыми гироскопами или гиродинами. Главное отличие гиродина от маховика - в том, что маховик жестко установлен на одной оси и управляет ориентацией, изменяя скорость своего вращения. Гиродин же установлен в подвесе, который может вращаться в одной или нескольких плоскостях, и может не менять скорость своего вращения. В этом видео наглядно видно движение подвеса, при том, что высота тона вращения гиродина не меняется.
С точки зрения функциональности, гиродин - это "продвинутый" маховик. Гиродины эффективнее обычных маховиков, но и сложнее. Они могут управлять ориентацией гораздо более тяжелых аппаратов, но разделяют достоинства и недостатки маховиков. В этом видео показано, что гиродины, как и маховики, нуждаются в разгрузке - когда ось подвеса не может больше поворачиваться, велосипед начинает падать:
Достоинства:
Замена гиродина на МКС
Три соленоида, установленных в перпендикулярных плоскостях, позволяют управлять ориентацией спутника по всем трем осям. Точнее, они обеспечивают хорошее управление по двум осям, стремясь установить аппарат как стрелку компаса. Управление по третьей оси обеспечивается изменением направления магнитного поля Земли при полете аппарата по орбите.
Электромагнитная ориентация не может быть точной из-за случайных колебаний магнитного поля Земли, и ее эффективность падает с высотой. Да и в целом, силы, создаваемые соленоидами, невелики. Также их использование ограничено небесными телами с достаточно сильным магнитным полем, например, на орбите Марса, они практически бесполезны. Зато соленоиды не содержат движущихся частей, не тратят топливо и энергетически эффективны.
Достоинства:
Пример соленоида для космических аппаратов. Сайт производителя утверждает, что уже больше 80 соленоидов стоят на различных спутниках
В первой части видео спутник занимает устойчивое положение по оси к Земле. В реальности случайные возмущения будут нарушать идеальное равновесие, и спутник будет колебаться вокруг оси, поэтому обычно такие системы дополняют демпфером. Небольшая емкость с жидкостью будет превращать энергию колебаний в тепловую и "успокаивать" спутник.
Достоинства:
Низкая орбита, где аэродинамические силы максимальны, негостеприимное место. Но иногда там необходимо находиться для большей точности измерений. Очень красивое решение было использовано в спутнике GOCE, который изучал гравитационное поле Земли. Низкая орбита (~260 км) сделала эффективной систему аэродинамической стабилизации, а, чтобы спутник не сгорел слишком быстро, он постоянно ускорялся небольшим ионным двигателем. Получившийся аппарат мало похож на привычные спутники, кто-то даже назвал его "спутниковым Феррари":
Благодаря ионному двигателю GOCE смог проработать с 2009 по 2013 годы, составив самую подробную гравитационную карту Земли.
Достоинства:
Недостатки:
Очень интересным был отечественный проект Регата-Плазма, разрабатывавшийся в 90-х годах. С помощью солнечного паруса-стабилизатора и поворачивающихся рулей аппарат занимал положение в направлении Солнца и при необходимости мог быть закручен:
Даже сейчас подобная система была бы уникальной и очень интересной, жаль, что проект был закрыт.
Достоинства:
Еще одно видео с котиками и реальными гиродинами NASA.Более сложное видео по той же теме - "Проектирование системы ориентации и стабилизации" от сообщества "Твой сектор космоса".
По тегу "Незаметные сложности" публикации о двигателях, топливе, баках, стартовых сооружениях и тому подобных интересных, но не очень заметных из-за своей привычности вещах.
Интересно? Подписывайтесь на обновления.
lozga.livejournal.com
