В Самаре ученые создали параметры идеального "сердца" для плазменных двигателей

Объединение усилий специалистов из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва и МАИ привело к разработке инновационной системы, предназначенной для анализа ключевых характеристик импульсного клапана критически важного элемента перспективных плазменных двигателей, используемых в космических аппаратах, который регулирует подачу газа. Эта разработка станет ценным инструментом для инженеров, занимающихся проектированием подобных двигательных установок. Созданные алгоритмы, автоматизирующие вычисление параметров клапана, позволят изготавливать более эффективные и компактные силовые установки для космических аппаратов, в частности, для малых спутников, таких как кубсаты. Это, в свою очередь, приведёт к существенному увеличению срока их пребывания на орбите.
Данное научное исследование стало возможным благодаря финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках масштабного общенационального проекта, посвященного фундаментальным аспектам разработки космических систем транспорта и управления аэрокосмической техникой с обеспечением территориальной целостности России. Результаты работы опубликовали в престижном международном журнале International Review of Aerospace Engineering.
"В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к расширению области применения малых и сверхмалых космических аппаратов, включая наноспутники формата "кубсат", для решения широкого спектра задач как на Земле, так и в космосе. При этом эффективность многих из этих задач значительно возрастает при оснащении космических аппаратов двигательными установками. Двигатели позволяют компенсировать влияние атмосферного сопротивления на низких орбитах (300-450 км), что значительно продлевает срок службы аппарата от нескольких месяцев до года и более. Кроме того, двигатели позволяют корректировать высоту орбиты и положение спутника относительно других аппаратов в группировке. Поэтому в настоящее время во всем мире активно проводятся исследование и разработка двигателей для малых спутников, и импульсные плазменные двигатели, у которых имеется газообразное рабочее тело, рассматриваются как одни из наиболее многообещающих", пояснил Георгий Макарьянц, завкафедрой эксплуатации авиатехники Самарского университета.
В таких двигателях газ, проходя через специально разработанный клапан, который открывается на строго определённый период (подобно сердечному клапану), поступает в ёмкость разрядного канала, где при определённом уровне давления происходит электропробой между электродами. Газ нагревается за счёт электрической дуги, ионизируется, преобразуясь в плазму, а затем разгоняется в соплах, таким образом создавая тягу.
"Импульсный газовый клапан один из самых сложных элементов конструкции импульсного плазменного двигателя, использующего газ в качестве рабочего тела. Он играет роль "сердца" двигателя и определяет режим работы всей установки. В ходе исследования мы провели анализ различных аспектов функционирования клапана для достижения различных показателей тяги и расхода газа. Это позволило разработать систему расчета параметров, учитывающую как рабочее давление, так и скорость срабатывания, что может оказаться полезным конструкторам при проектировании газовой системы таких клапанов для перспективных плазменных двигателей", отметил Георгий Макарьянц.
По словам ученого, использование газа в плазменном двигателе позволяет избежать недостатков, присущих твердотельным плазменным двигателям, в которых в качестве рабочего тела используются специальные элементы из диэлектрических материалов, таких как фторопласт. Размещение и компоновка таких элементов в ограниченном пространстве двигателя для малых космических аппаратов представляет собой сложную задачу. Использование газа в качестве рабочего тела обеспечивает большую гибкость при проектировании конструкции и позволяет уменьшить размеры двигательной установки, так как исключает зависимость формы и размеров разрядного канала от формы элементов рабочего тела. Кроме того, использование газа позволяет оптимизировать форму разрядного канала для снижения величины тока разряда, что позволяет уменьшить размеры и вес компонентов, через которые проходит ток разряда, например, блока накопления энергии, что особенно важно для наноспутников.
Разработанная система расчета параметров успешно прошла проверку в ходе экспериментов с газовым клапаном, созданным в НИИ ПМЭ МАИ. В экспериментах в качестве рабочего тела использовался азот, сообщает Самарский университет.

Обратите внимание: Вытянут счастливый лотерейный билетик: Василиса Володина назвала знаки Зодиака, которые сорвут куш в лотерее с 16 июля