Миниспутники смогут маневрировать на орбите с помощью паровых двигателей

Компания Howe Industries представилапроект парового ракетного двигателя на солнечной энергии для перемещения космическихспутников CubeSatsна орбите.Имея всего две движущиеся части, двигатель ThermaSat использует тепловойконденсатор для мгновенного превращения дистиллированной воды в перегретый пар.

CubeSat, состоящий из стандартизированных блоков в форме куба со стороной 10 см, может произвести революцию в работе спутников, заменив большие и сложные космические корабли группировками маленьких и простых, которые можно развернуть быстро и недорого.

Однако небольшой размер миниспутника означает, что в его конструкции есть определенный недостаток.Более крупные спутники могут иметь запасы топлива на годы или даже десятилетия работы, чтобы удерживать их на орбите или изменять свои орбиты по мере необходимости. У CubeSatsочень мало места для размещения двигателей, не говоря уже о размещении топливных резервуаров или систем питания для их работы. Болеетого, CubeSats обычно запускают, как дополнительный груз косновной ракетной нагрузке, поэтомуони не должныиметь легковоспламеняющихся, взрывоопасных, находящихся под давлением или токсичных видов топлива для своих двигателей.

К тому же большинство CubeSat развертываются на низкой околоземной орбите, а это означает, что без двигателей и возможности корректировки своей орбиты они быстро уходят снее и сгорают в атмосфере.Это сильно ограничивает срок службы и пользу миниспутника, и даже несмотря на то, что кубСаты обычно разрабатываются таким образом, чтобы их создание и запуск были недорогими, относительные затраты все равно получаются значительными.

Чтобы преодолеть этот недостаток, компания Howe Industries разработала двигатель ThermaSat, который представляет собой отдельный модуль, который может быть установлен на одной стороне CubeSat.Принцип, лежащий в основе этого, достаточно прост — вода нагревается до тех пор, пока не превращается в пар, который создает тягу.

Сложнее всего создать пар без бойлера, без внутреннего источника питания или больших солнечных отражателей, обеспечивающих нагрев.Вместо этого ThermaSat концентрирует солнечный свет, используя меньшую площадь поверхности, чем отражатели, и сохраняет тепло с помощью довольно умного теплового конденсатора.

«Сердцем системы является уникальный тепловой конденсатор, сделанный из материалов с изменяющейся фазой, который концентрирует и накапливает солнечное тепло, собираемое всего с 129 кв. см открытой поверхности», — говорит Джек Миллер, инженер- исследователь программы ThermaSat.«Используя комбинацию фотонных кристаллов и окрашенных в золотой цвет зеркал, полностью инертный конденсатор достигает рабочей температуры 1052 K (779 ° C). Это дает удельную энергию, сравнимую с энергией литий-ионной батареи, а боковые солнечные панели служат для электромеханики, резервного обогрева и в качестве резерва мощности для полезной нагрузки».

По данным компании, ThermaSat весит 2,4 кг, включая 1 кг дистиллированной воды в качестве топлива, и состоит из двух блоков CubeSat (2U) размером 2000 куб. см. Возможна конфигурация с одним или четырьмя блоками.Они могут обеспечить движение космических кораблей размером до 16 единиц CubesSat.

Когда вода превращается в пар, она создает тягу 1,02 Н и удельный импульс в 203 секунды.Этого достаточно, чтобы удерживать CubeSat на низкой околоземной орбите в течение более пяти лет или на очень низкой околоземной орбите в течение месяцев вместо недель.

Кроме того, ThermaSat предоставляет спутнику CubeSat возможность изменять свою орбиту и делать это очень незаметно, поскольку водяной пар невозможно обнаружить.Это означает, что такие миниспутники могут летать в определенном порядке, сходить с орбиты по команде и маневрировать на орбите, избегая столкновения с другими спутниками.