Плазменные ракетные двигатели, использующих газы верхней атмосферы в качестве рабочего тела

Описание проекта

В последние годы в развитых зарубежных странах наблюдается значительный рост разработок и инвестиций, направленных на освоение низкого космоса. В ближайшие годы ожидается появление нового сегмента космических систем «эконом» класса для низкого космоса. Космические аппараты (КА) будут размещаться на орбитах 150-230 км, иметь массу менее 100 кг, мощность бортовой энергетики несколько сот ватт и время жизни на орбите не менее 5 - 6 лет. Группировки низколетов могут насчитывать от 50 и более аппаратов. С помощью таких группировок можно решать «массовые» многодиапазонные задачи дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) с разрешением от 0.3м, например для мониторинга перемещения грузов, обеспечения растущих потребностей в связи и интернете и др., а в первую очередь решать задачи Вооруженных сил. Сегмент низколетов обеспечит сплошное покрытие территории Земли, что особенно важно для полярных областей. Будет принципиально сокращаться время непрерывного наблюдения любой точки на Земле (сейчас перерыв может составлять нескольких часов).

Однако, для успешной реализации сегмента низколетов необходимо решить основную проблему - проблему длительного поддержания КА на орбите в условиях торможения в разряженной атмосфере на низких орбитах. В диапазоне 150 – 250 км плотность атмосферы составляет 10^-6 - 10^-8 мм.рт.ст, поэтому свободное тело сходит с орбиты за несколько дней. Классические двигатели коррекции эту задачу принципиально не решают, так как для сохранения орбиты аппарата на этих высотах, например, в течение 2 лет нужна масса топлива сравнимая с массой самого космического аппарата. Именно по этой причине этот сегмент аппаратов пока не получил массового применения.

Решение проблемы связано с появлением электрореактивных (ионных двигателей и стационарных плазменных двигателей), способных использовать газы верхней атмосферы в качестве рабочего тела. В настоящее время созданы образцы стационарных плазменных двигателей, которые уже применяются как на отечественных, так и на зарубежных космических аппаратах. Однако их эффективность должна быть существенно выше. Реально построить плазменные двигатели, использующие газы верхней атмосферы в качестве рабочего тела с величинами тяги от нескольких мН до нескольких сотен мН. Это достижимо за счет создания конструкции специального электроразрядного устройства, которое способно эффективно поддерживать горение плазмы в условиях разряженной атмосферы, когда длина свободного пробега молекул в окружающем пространстве существенно превышает характерные размеры устройства. Такое устройство (ионную ловушку) мы создали, протестировали в смоделированнных условиях. Необходима доработка и интеграции специального электроразрядного устройства в существующий (либо во вновь создаваемый) плазменный ракетный двигатель.