Наноспутники стандарта CubeSat, размеры которых колеблются в пределах от размера кубика Рубика до размера обувной коробки, являются недорогим способом проведения исследований различного рода в космическом пространстве. Начиная с запуска первого такого наноспутника в 2003 году и по сегодняшний день, спутники CubeSat могут лишь пассивно вращаться по орбите, на которую они были выведены при запуске, постепенно снижаясь под воздействием земной гравитации и приближаясь к неизбежному концу. Так происходит из-за того, что эти спутники не имеют собственных двигателей, они, эти спутники, чаще всего доставляются в космос в качестве дополнительного груза различных миссий. Однако, вышеописанное положение дел может измениться в ближайшем будущем благодаря работе исследователей из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. Они разработали и провели испытания малогабаритной двигательной установки, которая позволит спутникам CubeSat маневрировать, корректировать свою траекторию и, как следствие, оставаться в космосе на более продолжительное время.
Разработка двигательной системы Cube Sat Propulsion Concept была выполнена группой, возглавляемой Брюсом Тэппэном (Bryce Tappan). «Наличие собственной двигательной установки даст наноспутникам возможность перемещаться на более высокие орбиты и менять орбиты по мере необходимости, что, в свою очередь, позволит им выполнить несколько совершенно различных задач в течение одной единственной миссии» — рассказывает Брюс Тэппэн.
В традиционных реактивных ракетных двигателях используют два компонента, топливо и окислитель. Эта компоненты сами по себе являются нестабильными, но риск самопроизвольной детонации повышается во много раз, когда смесь окислителя и топлива перемещается из смесительной камеры в камеру сгорания. Помимо этого, сгорание топливной смеси происходит не всегда равномерно, что приводит к производству различной тяги при одном и том же количестве сжигаемого топлива.
Основным достижением ученых является разработка нового типа химического топлива, компоненты которого сами по себе полностью взрывобезопасны, т.е. они не могут сдетонировать самопроизвольно. Работа двигателя, использующего твердое топливо и твердый окислитель, не сильно отличается от принципов работы подобных двигателей. Единственным отличием является то, что под воздействием высокой температуре твердый материал топлива и окислителя начинает испускать газы, богатые водородом, азотом и кислородом соответственно. Эти газы смешиваются и воспламеняются, создавая в камере сгорания высокую температуру и давление.
«Поскольку топливо и окислитель хранятся отдельно, это позволяет нам использовать более высокоэнергетические компоненты, чем те, которые используются в классической схеме» — рассказывает Брюс Тэппэн, — «В результате мы получаем очень высокоскоростную реактивную струю, обеспечивающую тягу, превышающую тягу традиционных двигателей со схожими размерами».
В настоящее время исследователи уже провели испытания модели спутника CubeSat, оборудованного двигательной установкой с шестью двигателями нового типа. «И в скором времени мы проверим все это на реальном спутнике, который будет выведен в космос и который послужит в роли испытательного и демонстрационного стенда» — рассказывает Брюс Тэппэн.
Еще одним аспектом появления собственного двигателя у спутников CubeSat является возможность их самостоятельного ухода с орбиты, что в некоторой мере может помочь с решением проблемы космического мусора. Ведь наноспутник сможет не только направить себя в сторону Земли, но и «захватить с собой» какой-нибудь обломок, производя чистку околоземного космического пространства.
Источник: