В конце этого месяца небольшой спутник полетит верхом на ракете SpaceX Falcon Heavy в рамках первой в мире демонстрации «зеленого» ракетного топлива в космосе. Спутник летит на топливе AFM-315, разработанном ВВС 20 лет назад в качестве альтернативы обычному для спутников гидразину.

В случае успеха AFM-315 может сделать спутники намного более эффективным, сократит развертывание спутника с недель до дней и существенно снизит требования к безопасности хранения и обращения со спутниковым топливом, что будет благом для людей и окружающей среды. Заглядывая в будущее, ученые, работающие над топливом, говорят, что оно сыграет важную роль в содействии операциям с удаленными спутниками с земли.

На каком топливе летают спутники?

Гидразин — это летучее топливо, которое испортит вам день, а может быть и жизнь, если вы подвергнетесь его воздействию. Для заправки спутника вам понадобится много инфраструктуры безопасности, включая герметичные костюмы SCAPE на все тело, просто чтобы обращаться с этим материалом. AFM-315, с другой стороны, не более токсичен, чем кофеин, поэтому от вас понадобятся только лабораторный халат и насос.

«Мы буквально сидели в комнате с пластиковым кувшином, когда заправляли спутник», говорит Крис Маклин, инженер Ball Aerospace и руководитель проекта NASA Green Propellant Infusion Mission.

В отличие от гидразина, который имеет консистенцию воды, AFM-315 вязкий. Но его плотность топлива увеличит «пробег» спутника на 50%, если сравнить с аналогичным по объему гидразином.

Маклин говорит, что одним из самых больших преимуществ AFM-315 является то, что он не замерзает. AFM-315 представляет собой жидкую соль, а это значит, что при чрезвычайно низких температурах он подвергается стеклованию. Оно превращает топливо в хрупкое, похожее на стекло твердое вещество, однако не приводит к расширению топлива, подобно замерзшей воде или гидразину.

Этот атрибут предотвращает растрескивание топливопроводов и емкостей для хранения под нагрузкой. Кроме того, его точка стеклования чрезвычайно низка, поэтому топливо не нужно нагревать на спутнике — что обыкновенно представляет энергоемкий процесс. Маклин говорит, что это сделает энергию доступной для других инструментов или систем на спутнике, что откроет новые возможности для миссий на других планетах.

Но несмотря на все его преимущества, путь AFM-315 от концепции до запуска был очень долгим. Впервые разработанное в лаборатории ВВС в 1998 году как альтернатива спутниковому топливу, AFM-315 использовалось ограниченно из-за высокой температуры возгорания, в два раза превышающей гидразин. Требовались экзотические и дорогие материалы, предотвращающие повреждение спутника.

К концу 2000-х годов стоимость производства двигательных систем, способных выдерживать температуру горения AFM-315, стала достаточно низкой, чтобы их можно было применять, но ни одна компания не хотела рисковать заправлять свои спутники экспериментальным топливо. Чтобы AFM-315 прижился в спутниковой сфере, говорит Маклин, ему нужно было показать себя на орбите. Так родилась миссия NASA по «зеленому топливу».

Первоначально запланированная на запуск в 2015 году, миссия с зеленым топливом столкнулась с задержками, которые мешали разработке ракеты SpaceX Falcon Heavy. 24 июня планируется запуск спутника вместе с Falcon Heavy и другим грузом, включая атомные часы, испытываемые для навигации в глубоком космосе.

Спутниковая шина с зеленым топливом была разработана Ball Aerospace и оснащена четырьмя двигателями мощностью 1 ньютон и одним двигателем мощностью 22 ньютона, которые будут использоваться для испытания топлива AFM-315. В ходе своей 13-месячной миссии спутник будет активировать двигатели для выполнения орбитальных маневров, таких как снижение орбиты, изменение положения или наклона, для проверки эффективности нового ракетного топлива.

Маклин говорит, что уже появились клиенты, заинтересованные в использовании зеленого топлива, если демонстрационный полет пройдет успешно. Это значит, что спутники смогут совершать оперативные полеты вокруг Земли уже через 18 месяцев после демонстрации. Заглядывая в будущее, Маклин говорит, что AFM-315 может быть особенно полезен для исследования холодных областей Солнечной системы, таких как марсианские полюсы.