Космический двигатель на «воздухе»: Kreios Space испытает силовую установку для «вечных» спутников
Испанская Kreios Space готовится испытать необычный двигатель для спутников, который сможет использовать в качестве рабочего тела атмосферу Земли. Если эксперимент окажется успешным, технология Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP) позволит аппаратам годами работать на сверхнизких орбитах без большого запаса топлива или другого рабочего тела на борту.
Спутники будут заправляться прямо во время полета
Первый экспериментальный спутник с системой ABEP планируют вывести на низкую околоземную орбиту VLEO. Точная дата запуска пока не объявлена, но Kreios Space ориентируется на 2027 год.
Принцип работы системы напоминает воздушно-реактивный двигатель, только вместо плотного воздуха она использует крайне разреженную атмосферу. Спутник захватывает остаточные молекулы газа, после чего они нагреваются и ионизируются. Получившееся плазменное рабочее тело ускоряется и выбрасывается из двигателя, создавая тягу.
Главное преимущество такой схемы в том, что спутнику не нужно постоянно расходовать привезенное с Земли рабочее тело. Электричество для двигателя могут обеспечивать солнечные панели, а вещество для создания тяги аппарат получает непосредственно из окружающей атмосферы.
ABEP создается специально для VLEO — сверхнизких орбит примерно от 100 до 400 км. У них есть серьезный недостаток: даже крайне разреженная атмосфера оказывает на спутник заметное сопротивление и постепенно снижает его скорость и высоту.
Обычный двигатель способен компенсировать это торможение, но при постоянной работе запас рабочего тела быстро заканчивается. В результате срок существования спутника на VLEO оказывается ограниченным.
ABEP предлагает превратить эту проблему в преимущество. Атмосфера, которая тормозит спутник, одновременно становится источником рабочего тела для его двигателя. Если система сможет захватывать достаточное количество молекул и эффективно разгонять их, аппарат сможет постоянно компенсировать атмосферное сопротивление и удерживать заданную орбиту.
Для первой демонстрационной миссии Kreios Space выбрала платформу MP42 компании Kongsberg NanoAvionics из Литвы. Инженеры NanoAvionics адаптируют спутник под экспериментальную двигательную установку и интегрируют в него систему ABEP.
Сверхнизкие орбиты привлекательны сразу по нескольким причинам. Чем ближе спутник находится к Земле, тем более детальные изображения он может получать при использовании сопоставимой оптики. Это особенно интересно для дистанционного зондирования, картографии и наблюдения за различными объектами на поверхности.
Меньшая высота также может улучшить характеристики спутниковой связи: сокращается расстояние до наземных терминалов, что потенциально позволяет снизить задержку сигнала и требования к мощности радиоканала.
Кроме того, VLEO пока значительно менее загружены, чем более высокие низкие околоземные орбиты, где уже работают тысячи спутников. Высоты ниже примерно 400 км используются гораздо реже именно из-за сильного атмосферного торможения.
Есть у такой схемы и дополнительный плюс для борьбы с космическим мусором. Если спутник на VLEO выйдет из строя и перестанет поддерживать орбиту, он относительно быстро начнет снижаться и в итоге сгорит в атмосфере. Он не будет десятилетиями оставаться на орбите в качестве неуправляемого объекта.
Однако сначала Kreios Space придется доказать, что технология действительно работает в космосе. Верхняя атмосфера чрезвычайно разрежена, а ее плотность меняется в зависимости от высоты и солнечной активности. Двигателю придется эффективно собирать небольшое количество молекул и создавать достаточную тягу хотя бы для компенсации постоянного аэродинамического торможения.
Если испытание пройдет успешно, ABEP может открыть дорогу к практически постоянной эксплуатации спутников на сверхнизких орбитах. Аппараты смогут получать рабочее тело буквально из окружающего пространства, а срок их работы перестанет напрямую зависеть от объема топлива, доставленного с Земли.