Группа американских инженеров разработала специальные сверхкомпактные двигатели для наноспутников. Космические аппараты формата CubeSat, в виде кубика с ребром в десять сантиметров, получат собственные ионные двигатели для коррекции орбиты. Весь микродвигатель имеет размер с человеческий ноготь. Подробности приводит Phys.org, ссылаясь на пресс-релиз Массачусетского технологического института.

Согласно материалам, которые представлены на официальном сайте разработчиков, новый двигатель вместе со всем необходимым для его работы не займет больше трети внутреннего объема спутника. Инженеры утверждают, что их устройство обеспечит удельный импульс не менее 2000 секунд: это значит, что скорость истечения потока ионов составит как минимум 20 километров в секунду.

Подобный показатель ставит микродвигатель в один ряд с традиционными ионными двигателями, которые повсеместно применяются там, где экономичность важнее большой тяги (например, при межпланетных перелетах).

Рис. 1. Прототип спутника с четырьмя микродвигателям. Фото: Space Propulsion Laboratory. Наталья Брикнер, аспирант, с прототипом спутника CubeSat в минимальном размере (1U, один модуль 10х10х10 сантиметров).

Запас топлива (которое корректнее назвать реактивной массой, поскольку оно не вступает в химические реакции) хранится непосредственно внутри двигателя в жидком виде: через микроскопическое отверстие жидкость поступает наружу, где ее частицы ионизируются и ускоряются электрическим полем.

Рис. 2. Спутник на испытательном стенде. Фото: Space Propulsion Laboratory. На этой установке спутник подвешен при помощи магнитов. Вокруг него вакуум: имитируется пребывание на орбите.

Основным достоинством ионных двигателей считается экономичность. Так как ионы имеют скорость на порядок выше скорости истечения газов из ракетного двигателя, то для изменения скорости самого космического аппарата на заданную величину им требуется на порядок же меньше топлива. Недостатком ионных двигателей является очень маленькая тяга, которая не позволяет использовать их для взлета с Земли, а также при маневрах, требующих быстрого изменения траектории. На наноспутниках ионные двигатели смогут либо компенсировать потерю высоты из-за сопротивления атмосферы (МКС приходится регулярно поднимать при помощи двигателей на пристыкованных кораблях), либо обеспечат длительные межпланетные перелеты.

Рис. 3. Принципиальная схема микродвигателя. Рисунок: Space Propulsion Laboratory. Снизу рабочая среда в пористом материале, в середине поры, сверху ускоряющие электроды.

Наноспутниками называют космические аппараты особо малых размеров: широко распространенная платформа CubeSat состоит из модулей в виде куба с ребром в десять сантиметров. Модульная стандартизированная конструкция существенно снизила стоимость космических исследований, а запуск таких спутников производится, как правило, вместе с какой-то иной полезной нагрузкой. Другой метод – просто выкинуть спутник вручную с МКС или шаттла во время выхода в открытый космос.