В НИЯУ МИФИ завершились испытания плазменного двигателя в составе наноспутника «Святобор-1»

На прошлой неделе завершились огневые испытания абляционной импульсной плазменной двигательной установки VERA с увеличенной тягой – двигатель впервые прошел испытания в составе наноспутника «Святобор-1», который планируется запустить на орбиту в первой половине 2023 года.

Ученые Института Ла Плаз НИЯУ МИФИ создали новую версию плазменного двигателя VERA, который при неизменных заданных параметрах, таких как ограничения в энергопотреблении и массе, превосходит прошлые модификации по тяге в два раза. В предыдущей версии двигателя, запущенной на орбиту в августе 2022 года, средняя тяга не превышала 15 мкН (микроньютонов), в новом двигателе она доходит до 30 мкН.

Испытания плазменной двигательной установки наноспутника «Святобор 1». На фото – поток плазмы, истекающий из двигателя и создающий тягу

Еще в 60-х годах прошлого века советский ученый Виктор Храбров смог решить задачу создания плазменного двигателя с минимальным энергопотреблением в 10 Вт – и в 1964 году его плазменный двигатель отправился в космос первым в мире. Поскольку двигатель Храброва предназначался не для наноспутника, а для межпланетной станции, ограничения по габаритам и массе для двигательной установки были менее жёсткими. Сегодня перед учеными ядерного университета стояла задача при значительно меньших габаритах и массе сохранить приемлемую тягу, при этом снизив в разы потребляемую мощность – до уровня не более 3 Вт. 

Если в плазменном двигателе Храброва одна только конденсаторная батарея весила полтора килограмма, то для «Святобора 1» надо было уложить всю двигательную установку в 500 г. Для этого, по словам  технического консультанта проекта «Святобор 1» Игоря Егорова, была использована маленькая конденсаторная батарея, что неизбежно привело к уменьшению разрядного тока в двигателе, а с ним и к падению эффективности. Принципиальным решением проблемы стала магнитная катушка, создающая на выходе двигателя магнитное сопло, дополнительно ускоряющее плазму, а для последней модификации двигателя, увеличившей тягу в два раза, разработчики изменили в магнитной катушке диаметр, длину и число витков.

Наноспутник НИЯУ МИФИ «Святобор 1»

Изменилось и рабочее тело двигателя по сравнению с храбровской разработкой – вместо фторопласта, который при малом разрядном токе обугливается, приводя к быстрому выходу двигателя из строя, ученые НИЯУ МИФИ подобрали новый пластик – полиацеталь (полиформальдегид), свободный от этого недостатка, так как он не имеет сплошной углеродной цепочки.

Спутник «Святобор 1» изготовлен на основе платформы OrbiCraft-Pro компании «СПУТНИКС» (входит в «Sitronics Group»).

Создание крупных спутниковых группировок – мировой тренд в космонавтике, он развивается и в России. Но запуск множества спутников на одной ракете порождает и ряд проблем, в частности, после запуска все спутники летят одной компактной группой. Для эффективной совместной работы наноспутники должны распределяться по орбите на некотором расстоянии друг от друга, для чего и нужен новый двигатель, который позволит сформировать группировку с правильной конфигурацией.

Сейчас наноспутник «Святобор-1» готовится к вибрационным и термовакуумным испытаниям, а его создатели по запросу компании «Спутникс» занимаются уже новой версией абляционного импульсного плазменного двигателя, в котором будет применена другая геометрия электродов – рельсовая, а не коаксиальная. Это позволит более эффективно использовать рабочее тело, разгоняя плазму до большей скорости. Конечно, за высокую скорость плазмы придётся «платить» ростом энергопотребления, но теперь это не является проблемой – под двигатель выделяют до 100 Вт питания.

Команда НИЯУ МИФИ, создающая первый спутник нашего вуза – Юлианна Королёва, Светлана Генисаретская, Игорь Егоров – и Андрей Кухарев, инженер компании «Спутникс», которая изготовила спутниковую платформу OrbiCraft-Pro