Этот пост мы написали совместно с техническим директором VoxysLab Александром Токаревым (он еще и за спутники шарит), а вот его видео про движки — ссылка (в своей телеге он пишет про баню, космос, машинное обучение, ИИ и тех.менеджмент в IT).
Начнем с назначения двигателей КА
Чаще всего в спутниках двигатели используются для перемещения между орбитами опорной и рабочей, ровно как и для удержания рабочей орбиты в течение жизненного цикла КА.
При этом важно понимать, что у крупных группировок сход с орбиты — это норма, и у Starlink в день в зависимости от космической погоды сходит от одного до пяти аппаратов.
Исходя из задач миссии, сейчас принято выбирать между электроракетными, химическими и двигателями на холодном газе, балансируя между длительностью миссии и запасом топлива.
Тут мы рассмотрим некоторые электростатические двигатели и один электромагнитный, а если статья вам зайдёт, то коснёмся двигателей на холодном газе и химических, а может, и стационарные плазменные двигатели станут объектом нашего изучения (всё зависит от вашего актива под постами).
Электростатические двигатели
FEEP или Field Emission Electric Propulsion (электрическая двигательная установка с полевой эмиссией) — один из типов ионного двигателя, который использует сильное электрическое поле для испарения и ускорения ионов обычно щелочных металлов, таких как цезий или индий.
Этот двигатель обычно состоит из резервуара с жидким металлом, набора капиллярных игл, электрической системы и нейтрализатора.
В резервуар с расплавленным металлом помещено множество игл с капиллярами (это очень острые иглы). На иглы подаётся положительный заряд, а на электрод, находящийся вокруг игл, — отрицательный, при этом напряжение измеряется киловольтами. За счёт этого металл вытягивается к заострённому концу иглы, и из него высоким напряжением вырываются ионы, которые и создают тягу.
Важный момент в этих двигателях, так и рассматриваемых далее, это наличие нейтрализатора, который подмешивает в поток ионов отрицательные частицы. Без этого через некоторое время двигатель прекратит работу, так как положительные ионы будут не вылетать, а притягиваться обратно.
Ионно-спреевые двигатели устроены абсолютно также, только им не надо расплавлять металл — они работают на ионных жидкостях, которые представляют собой жидкие химические соединения, в состав которых входят только ионы. Примером такой жидкости является 1-этил-3-метилимидазолий тетрафторборат (EMIM BF4). Вы даже можете купить эту жидкость, это легально!
Ионные двигатели
Ионные двигатели состоят из системы подачи газа, системы ионизации газа, ионной оптики, электрической системы и нейтрализатора.
Ключевая часть двигателя — это ионная оптика, состоящая из двух или трёх металлических сеток с круглыми отверстиями, между которыми, так же как и в FEEP или в ионно-спреевых двигателях, приложен положительный и отрицательный потенциалы, которые ускоряют ионы в процессе прохождения между сетками, что и создаёт тягу. Эти сетки расположены друг от друга на расстоянии около 0,5–1 мм, при этом отверстия имеют диаметр около 0,8–1,5 мм.
Продолжение в следующем посте...