Экономичные ионные двигатели T6 отправят BepiColombo на Меркурий к 2024 году

Простейший способ объяснить преимущества ионного двигателя в освоении космоса перед ракетой - сравнить их в простом стиле «черепаха и заяц»: более быстрое из двух - в данном случае ракета - не всегда выигрывает гонку, «Заяц - это химическая силовая установка и миссия, в которой вы можете запустить главный двигатель на 30 минут или час, а затем на большую часть миссии, которую выберете на берег», - говорит Майкл Паттерсон, старший технолог Программы космических силовых установок НАСА. обратный, «С помощью электрической тяги это похоже на черепаху, в которой вы идете очень медленно при начальной скорости космического корабля, но вы непрерывно толкаете в течение очень большой продолжительности - много тысяч часов - и затем космический корабль в конечном итоге набирает очень большую дельту скорости «.

Ионные двигатели будут использоваться в миссии Европейского космического агентства (ЕКА) в Меркурии. BepiColombo (возможно, самый британский на сегодняшний день космический корабль) будет запущен в 2017 году, полетит на Венере в 2019 и 2020 годах и будет захвачен гравитацией Меркурия в 2024 году.

Космический корабль будет использовать специально разработанные ионные двигатели Т6, которые позволят ЕКА изучать самую внутреннюю планету нашей галактики в течение почти семи лет полета. Два орбитальных аппарата из ESA и Японского космического агентства (JAXA), развернутые BepiColombo, также смогут анализировать поверхность планеты в течение одного земного года.

Логистика длительной поездки была бы невозможна без технологии ионного двигателя, которую Паттерсон разрабатывал в течение многих лет в качестве инженера-конструктора миссии НАСА «Глубокий космос 1 рассвет» и главного исследователя двигательной установки НАСА «Эволюционный ксеноновый двигатель» (NEXT). Он говорит, что технология предлагает гораздо более высокую эффективность использования топлива, возможность выполнять более длинные миссии (например, ту, которую выполняет BepiColombo) и менее затратную процедуру взлета. В настоящее время, по его словам, 50 процентов массы ракеты отводится химическим топливам.

«С типичными ракетными двигателями вы тратите половину своей ракеты-носителя (массу) просто на то, чтобы поставить ракетный двигатель в космос, чтобы иметь возможность толкать все, что вы хотите, в другое место», - говорит Паттерсон. «Исключив эту химическую двигательную систему на борту космического корабля и включив электрическую тягу, вы можете резко уменьшить это число до, возможно, 10, 15 или 20 процентов от общей массы».

Электростатические ионные двигатели с решеткой, такие как Т6, используют газ ксенон в качестве топлива. Инженер ESA Нил Уоллес сказал в своем выпуске, что, принимая во внимание «ту же массу топлива», двигатели Т6 могут даже разгоняться до скорости, «в 15 раз превышающей скорость обычного химического двигателя».

Разумеется, в центре внимания SpaceX была разработка экономичных способов запуска ракет, поскольку недавно созданная Элоном Маск компания продемонстрировала, что может повторно использовать ракеты и посадить их на дроны в океане.

Однако, как отмечает Паттерсон, ионная тяга, которая станет благом для затрат на топливо для космических исследований, развивалась на «ледниковых» скоростях.

«Уровень применения технологии НАСА и Европейским космическим агентством находится на довольно низком уровне», - говорит он. «Если мы говорим о бытовой электронике, между концепцией и применением, это занимает от девяти до двенадцати месяцев. Следующие ионные двигательные установки, которые заменят двигатели, которые я построил и испытал 15 лет назад в этом месяце; мы говорим о самом раннем применении этого в 2021 году ».

НАСА на этой неделе заключила с калифорнийской компанией Aerojet Rocketdyne 36-месячный контракт на 67 миллионов долларов на разработку ионных двигателей, работающих на солнечной энергии, что может продлить срок эксплуатации даже дольше, чем у высокоэффективных ионных двигателей на топливе на борту BepiColombo.

На данный момент ионные двигатели T6, приводящие в действие поездку EAS BepiColombo, наряду с некоторой помощью от солнечных и электрических двигателей и двигателей, работающих на химическом топливе, будут достаточно изобретательны, чтобы управлять космическим кораблем в течение всей семилетней миссии, в то время как ученые в прошлом имели чтобы полагаться на метод рогатки, используя гравитационное притяжение планеты - Марсианин стиль.

Миссия EAS быстро приближается, и агентство только что завершило тестирование новых двигателей Т6, которые являются старшим братом Т5, на этой неделе. Паттерсон говорит, что НАСА также осуществит несколько миссий на базе ионных двигателей в 2020-х годах.

Паттерсон говорит, что НАСА уже провело орбитальное наблюдение за всеми «относительно легкими» объектами с химическим движением, но ему понадобятся ионные системы, чтобы добраться до целей с более высокими значениями, таких как меньшие, более дальние спутники и астероиды, которые труднее вращать без орбиты. устойчивые корректирующие способности ионного двигателя.

«Теперь вы попадаете в более интересную науку, например, выходите на орбиты спутников Сатурна, Юпитера или Марса и занимаетесь интригующей наукой, где есть потенциал для тестирования жизни в другом месте», - говорит Паттерсон. «Это научно значимые цели, но их действительно трудно реализовать с точки зрения толчка».