Французская компания ThrustMe впервые испытала в космосе электрическую двигательную установку на йоде. Двигатель NPT30-I2 был установлен на спутнике-кубсате и за 11 включений на околоземной орбите подтвердил эффективность своей работы.

Статья опубликована в журнале Nature.

Чтобы космический аппарат мог двигаться в пространстве и выполнять разнообразные маневры, такие как выходы на орбиту или коррекция траектории, ему необходима двигательная установка, конструкция которой зависит от задач аппарата. Электрореактивные двигатели используют для ускорения рабочего вещества электрические и магнитные поля и устанавливаются не только на околоземные аппараты, но и на многие межпланетные станции, такие как SMART-1, Dawn или «Хаябуса-2».

Поскольку доступная мощность космических аппаратов ограничена, электрические двигательные установки должны обладать максимальным отношением создаваемой тяги к мощности, что требует рабочего вещества с низким порогом ионизации и высокой атомной массой. На сегодняшний день чаще всего используется ксенон, однако это редкий газ, требующий специальных условий хранения, что ведет к дорогому процессу производства и специализированному оборудованию для использования. Ожидается, что с развитием больших спутниковых группировок спрос на ксенон в космической отрасли может превысить предложение в течение следующих десяти лет.

Одной из альтернатив ксенону является йод, который намного более распространен в природе и обходится дешевле в процессах производства и хранении. Кроме того, как атомарный, так и двухатомный йод обладают более низким порогом ионизации, а двухатомная молекула йода имеет относительную массу почти в два раза больше, чем атом ксенона. Однако до недавнего времени еще ни одна двигательная система, использующая йод, не испытывалась в космосе.

Команда инженеров из космической компании ThrustMe, базирующейся во Франции, во главе с техническим директором Дмитро Рафальским (Dmytro Rafalskyi) опубликовала результаты разработки и испытаний в космосе йодной электрической двигательной установки NPT30-I2.

Номинальная мощность двигателя составляет 55 ватт, а тяга — 0,8 миллиньютон. Он использует в качестве рабочего вещества твердый двухатомный йод, который хранится в пористом керамическом блоке из оксида алюминия и сублимируется при контролируемом нагреве. Ионизация получаемой газовой смеси проводится за счет радиочастотной индуктивной антенны, а ионы из плазмы вытягиваются и ускоряются при помощи электростатических сеток. Катод, установленный после сеток, необходим для нейтрализации объемного заряда ионного пучка. Масса двигателя с топливом составляет 1,2 килограмм, а его размеры — 96 на 96 на 106 миллиметров.

Схема устройства йодного ЭРД NPT30-I2 / Dmytro Rafalskyi et al. / Nature, 2021

6 ноября 2020 года в космос был запущен спутник-кубсат Beihangkongshi-1, формата 12 U и общей массой 20 килограмм, который оснастили двигателем NPT30-I2. Спутник был выведен на круговую солнечно-синхронную орбиту с высотой около 480 километров и провел ряд маневров, показавших, что двигательная установка способна поддерживать орбиту аппарата и помогать ему уклоняться от столкновений с другими спутниками. Таким образом, исследователи заключают, что йод не только является жизнеспособной заменой ксенона, но и позволяет улучшить характеристики двигателя.