Американские учёные заметно улучшили ионные ракетные двигатели — фокус на кубсатах и кораблях для дальнего космоса

Учёные Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США разработали миниатюрную модифицированную версию плазменной двигательной установки, которая увеличивает срок службы ракеты и вырабатывает высокую мощность. Также предложено решение для лучшей фокусировки ионного факела в двигателях с внешним разрядом. Всё это поможет создать ракету для полётов в дальний космос и повысить манёвренность кубсатов.

Источник изображения: Elle Starkman/Office of Communications; Simmonds photo by Tyler Boothe. Collage by Kiran Sudarsanan

Исследователи сообщили о прорыве в двух направлениях. Во-первых, они создали очень и очень маленькую цилиндрическую версию двигателя Холла. Во-вторых, разработали новую конструкцию так называемого двигателя Холла с внешним разрядом. Утверждается, что главным прорывом стала особая сегментированная конструкция одного из электродов, который участвует в формировании плазменного факела. Данные о разработке опубликованы в издании Applied Physics Letters. Публикация пока закрыта для прочтения.

Классические ионные (плазменные) ракетные двигатели создавались по так называемой кольцевой схеме. Со временем выяснилось, что уменьшать такие двигатели в размерах довольно трудно, если ставится задача сохранить их КПД и относительную мощность. Пока электроника измерялась в размерах «шкафами», задача создать миниатюрный ракетный двигатель, обычно это подруливающий двигатель для орбитальных манёвров, не стояла. С появлением кубсатов потребность в таковых возникла и довольно остро.

Модернизированная конструкция цилиндрического двигателя Холла обеспечивает стабильность плазменного факела, его достаточную плотность и мощность. Та же «сегментированная» структура электрода повысила мощность и улучшила фокусировку факела двигателя Холла с внешним разрядом, когда разрядная камера отсутствует как класс. Плазма формируется вне двигателя в открытом пространстве и не разрушает стенки двигателя. Улучшенная конструкция плазменного двигателя с внешним разрядом, утверждают разработчики, это новое слово в плазменных ракетных двигательных установках.

Добавим, ионные или плазменные двигатели активно разрабатывают в других странах, включая Россию и Японию. Проектируются как миниатюрные двигатели для кубсатов мощностью в единицы ватт, так и двигатели для больших межпланетных ракет мощностью в сотни и тысячи киловатт. Вблизи Земли оснащённые миниатюрными и долговечными двигателями кубсаты смогут лучше выполнять задачи и сводиться с орбиты после истечения срока службы, чтобы не множить космический мусор, а большие и мощные двигатели станут средством для полётов к дальним объектам Солнечной системы.

Источник