В МАИ создали вечный двигатель для спутников. Ну, почти вечный

Часто люди думают, что спутник — это что-то вечное, висит там себе на орбите, раздаёт интернет, следит за погодой, шпионит (ну, куда без этого).... Но на самом деле у него рано или поздно кончается топливо.

Для манёвров — поднять орбиту (чтобы не сгореть в атмосфере), увернуться от куска другого спутника, наконец, спуститься и красиво сгореть в конце миссии — ему нужна тяга. А тяга требует рабочего тела (чаще всего — дорогущего ксенона). И его всегда мало.

Когда топливо кончается, то аппарат превращается в дорогой, а потом и опасный хлам, висящий на орбите. Именно из-за этого (а ещё из-за износа самих движков) срок жизни большинства спутников — 5-7 лет, а мусора на орбите — как на свалке мегаполиса.

В общем, дорого, неэффективно и грязно.

Как оно было

Чтобы вырваться с Земли, ракете нужен такой-то пинок под зад. Его дают мощные химические двигатели, сжигающие тонны топлива за минуты. Это грубая, яростная сила. Но пытаться маневрировать на орбите с помощью такого — это как парковаться во дворе на карьерном самосвале: мягко говоря, неудобно.

Поэтому для тонкой работы в космосе инженеры давно придумали кое-что поизящнее — электрические ракетные двигатели. Их ещё называют плазменными или ионными (по сути, это плазменный движок). Их тяга очень слабая — таким двигателем вы даже лист бумаги со стола не сдуете.

А вот в вакууме, где нет сопротивления, этой слабой, но постоянной тяги достаточно, чтобы медленно, но верно толкать многотонный аппарат годами.

Один из самых перспективных типов таких двигателей — двигатель на эффекте Холла, или просто холловский двигатель. Его фишка в том, что он очень эффективно использует топливо (обычно инертный газ вроде ксенона, или подешевле — криптон) и электроэнергию от солнечных батарей.

Движок бьёт по газу электричеством и мощным магнитным полем, превращая в плазму. А потом эту плазму с бешеной скоростью (десятки км/с) вышвыривает наружу — получается реактивная тяга. По третьему закону Ньютона, спутник получает толчок в противоположную сторону.

Но и у него есть врождённый дефект.

Ахиллесова пята

А теперь — к главной проблеме. Эта самая плазма, поток ионов, вылетает из двигателя с бешеной скоростью.

Стенки разрядной камеры двигателя — обычно из специальной керамики — постоянно бомбардируются ионами и потихоньку разрушаются (этот процесс называется эрозией). Из-за неё ресурс двигателей Холла старых моделей был ограничен: 1000 часов, 2000, 3000...

Рано или поздно стенки истончались настолько, что всё это выходит из строя. И всё, приехали.

Спутник становится неуправляемым.

Решение МАИ

И вот инженеры из Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики (НИИ ПМЭ) МАИ при поддержке индустриального партнёра, компании «Орбитек», посмотрели на эту проблему и подумали: «А что, если сделать так, чтобы плазма вообще не касалась стенок?».

Вместо того чтобы изобретать сверхпрочную керамику, которая всё равно когда-нибудь сточится, они решили убрать саму причину проблемы.

В их новом двигателе, который получил название НТ-1000, ключевую роль играет магнитная система. Инженеры создали такую конфигурацию магнитного поля, которая работает как невидимый кокон. Это поле захватывает плазму и не даёт ей разлетаться по сторонам, удерживая её строго в центре канала.

В итоге ионизация газа и ускорение ионов теперь происходят в открытом пространстве, без контакта с деталями двигателя. Стенки больше не бомбардируются ионами, потому что ионы до них просто не долетают.

Проблема эрозии, которая десятилетиями была головной болью конструкторов, решена.

Ресурс работы нового двигателя взлетел до небес (в прямом смысле). Испытания показали, что он может работать свыше 7500 часов (в 2,5 раза больше самых долговечных аналогов), и это, как говорят сами создатели, ограничено лишь долговечностью вспомогательных систем (насосов, клапанов), а не самим принципом работы.

Теперь его срок жизни упирается просто в запас рабочего тела (газа ксенона или криптона) на борту. Так что получается такой себе «почти вечный» двигатель.

А вот для спутника на орбите, рассчитанного на 7 лет службы — это и есть практически вечность.

Что это даёт?

Ладно, допустим, что теперь спутники будут летать дольше своих положенных 7 лет. А это значит, что компании-операторы смогут дольше получать доход с одного аппарата, а потенциально — снизить цены для нас с вами на те же спутниковый интернет или данные ДЗЗ (но это если бы в нашем мире цены на услуги хоть иногда бы снижались).

А когда газ всё-таки кончится (или спутник устареет морально), этот же надёжный движок аккуратно сведёт его с орбиты, а не оставит болтаться на орбите, угрожая МКС (пока она ещё летает) или новым спутникам.

Но самое главное — экономичность НТ-1000. Помните же про проблемы с топливом? Так вот, из-за высокой скорости истечения ионов и эффективности, спутнику нужно будет тащить с Земли гораздо меньше ксенона/криптона. Меньше топлива — легче спутник, легче спутник — дешевле его запустить (ракета-то тоже топливо жрет, и каждый лишний килограмм — это тысячи долларов).

Или можно вместо топлива засунуть больше полезного груза — более мощные антенны, крутые камеры, научную аппаратуру...

Ну и как же без спутниковых созвездий? Ведь современный интернет и связь всё больше уходят в космос. Проекты типа Starlink, требуют вывода на орбиту тысяч аппаратов, которые должны работать как единый слаженный рой. НТ-1000 с его стабильностью параметров, точностью малых импульсов и долгим ресурсом – идеальный движок для таких систем.

И да, это всё не просто лабораторный эксперимент или красивая теория. Разработка двигателя НТ-1000 уже завершена. Прототипы успешно прошли все стендовые испытания в МАИ, и сейчас идёт подготовка к серийному выпуску. В Зеленограде вон уже создана высокотехнологичная производственная площадка, готовая к массовому производству.

Так что, может, будут клепать новые движки не только для Роскосмоса или Минобороны, но и для частников, или продавать за бугор?

Пусть это и не вечный двигатель, и энергию из ниоткуда он не берёт, но у него есть практически неограниченный ресурс самой уязвимой части и радикальная экономия топлива.

А это, скажу я вам, тоже очень и очень неплохо.

Такие дела.