Перспективний новий електричний йодний двигун проходить ключові випробування на орбіті

 Електричні двигуни, які використовують йод як паливо, незабаром можуть потрапити на багато космічних кораблів.

Вид знизу на льотну модель йодної електричної рухової установки NPT30-I2, яка працює у вакуумній камері (фото: space.com)

У новому дослідженні повідомляється, що новий електричний двигун, який виділяє йод, успішно випробовується на орбіті, що може допомогти створити значно менші, прості, дешевші та більш продуктивні двигуни для супутників і космічних кораблів.

Звичайні ракети використовують хімічні реакції для приводу руху. Навпаки, електричні двигуни створюють тягу, використовуючи електричну енергію для прискорення палива, такого як електрично заряджені іони, від космічного корабля.

Електричний двигун створює набагато меншу тягу, ніж хімічні ракети, що робить його занадто слабким для запуску космічного корабля з поверхні Землі. Але електричні двигуни високоефективно створюють тягу, враховуючи невелику кількість палива, яку вони несуть. Це робить їх дуже корисними для космічних кораблів, які вже знаходяться в космосі відео.

Вид збоку на льотний зразок йодної електрорухової установки НПТ30-І2 у вакуумній камері (Фото: space.com)

В даний час газ ксенон є паливом вибору в електричних двигунах. Однак ксенон зустрічається рідко, він становить менше 1 частини на 10 мільйонів в атмосфері Землі. Він також дорогий, приблизно 3000 доларів за 2,2 фунта (1 кілограм). Більше того, газ потребує громіздких ємностей під тиском, а також складних мереж труб, клапанів і насосів для переміщення його навколо силової системи.

Можливою альтернативою ксенону, яку дослідники досліджували протягом останніх 20 років, є йод, той самий елемент, який часто упаковують з кухонною сіллю і використовується як антисептик. Йод дешевший і більш широкий, ніж ксенон, і його можна зберігати без тиску у вигляді твердої речовини, яка при нагріванні перетворюється безпосередньо в газ, що потенційно забезпечує значну мініатюризацію та спрощення. Попередні дослідження показали, що електричні двигуни з використанням йоду можуть виявитися більш ефективними, ніж ті, що використовують ксенон у наземних випробуваннях.

Однак, коли справа доходить до руху, йод створює проблеми. Наприклад, йод дуже корозійний, що представляє потенційну небезпеку для електроніки та інших систем на борту космічного корабля. Крім того, вібрації під час запуску та руху космічного корабля на орбіті можуть призвести до того, що твердий йод розпадеться на частини, що, серед інших проблем, може пошкодити двигунову систему.

Тепер вчені вперше запустили в космос електричний двигун на основі йоду і показали, що він може допомогти рухати космічний корабель на орбіті.

«Ми показуємо, що йод можна безпечно використовувати в космосі, відкриваючи варіанти двигунів на борту навіть найменших космічних кораблів», — сказав провідний автор дослідження Дмитро Рафальський, головний технічний директор і співзасновник компанії ThrustMe, штаб-квартира якої знаходиться поблизу Парижа. .

Нове електричне підрулююче, NPT30-I2 від ThrustMe, поміщається в одну упаковку розміром приблизно 4 дюйми на 4 дюйми на 4 дюйми (10 сантиметрів на 10 сантиметрів на 10 сантиметрів) і масою близько 2,6 фунтів (1,2 кг). Він слугував силовою системою для 44-фунтового (20 кг) кубсата, супутника Beihangkongshi-1, який керується китайською супутниковою компанією Spacety, який був запущений в космос на ракеті Long March 6 листопада.

6, 2020.

Наземні радіолокаційні станції підтвердили, що NPT30-I2 допоміг мініатюрному супутнику маневрувати на орбіті. Загалом, нове підрулююче пристрій випускало затяжки йоду, що в сукупності підвищило висоту кубсата більш ніж на 1,8 милі (3 кілометри).

Нові висновки показують, що йод є не тільки життєздатним паливом, але також може досягти майже на 50% більш ефективного руху, ніж ксенон, через такі фактори, як те, як йод легше електризувати, ніж ксенон. Компанія відкрила виробничу лінію для цих нових двигунів і вже поставила більше 10 з них виробникам супутників по всьому світу, сказав Рафальський.

«Наша команда з приблизно 10 інженерів і кількох докторів філософії досягла того, про що мріяла пропульсивна спільнота протягом десятиліть», – сказав Рафальський.

Щоб впоратися з проблемою корозії, вчені розробили кераміку та полімери для захисту металевих компонентів всередині супутника. Щоб йод не розпався, вони зміцнили його, встромивши кристали йоду в пористий керамічний блок.

«Ми є піонерами у використанні йоду, але це не означає, що ми не заохочуємо інших переходити на це паливо», – сказав Рафальський. «Ми дуже відкриті щодо результатів наших досліджень і з нетерпінням чекаємо, що все більше і більше виробників двигунів переходять на йод».

Нове двигун може допомогти крихітним супутникам і великим мережам супутників, таким як мегасузір’я Starlink від SpaceX, виконувати маневри в космосі, наприклад, уникати зіткнень, залишатися на орбіті та переходити з однієї орбіти на іншу.

«Наразі більшість найменших супутників не мають жодних силових установок через складність, вартість та ризики, пов’язані з використанням стандартних силових систем», – сказав Рафальський. «Йод забезпечує потужний рух навіть для найменших супутників завдяки властивостям йоду. Маневреність у космосі стає доступною для будь-якого користувача, включаючи університети та невеликі стартапи».

У майбутньому дослідники хочуть розширити свої дослідження, щоб охопити великі супутники на орбіті Землі, а також місії в далекий космос, сказав Рафальський.

Вчені детально розповіли про свої висновки у номері журналу Nature від 18 листопада.

Спочатку опубліковано на Space.com.