Электроракетные двигатели для CubeSat разработают в МФТИ

В Московском физико-техническом институте ученые работают над созданием отечественных малых электроракетных двигателей (ЭРД). Разработка призвана обеспечить Россию собственными двигателями для малых космических аппаратов по типу CubeSat, превосходящими западные аналоги. Это позволит не только снизить зависимость космической отрасли от импорта, но и повысить ее конкурентоспособность на мировом рынке, подчеркнули в пресс-службе вуза.

Перед малыми космическими аппаратами ставятся важные задачи, в частности, создание спутниковых группировок из аппаратов формата CubeSat и нижнего весового сегмента для дистанционного зондирования Земли, спутниковой связи и радиолокации. При этом широкое применение малых космических аппаратов отечественного производства сдерживается отсутствием ряда ключевых элементов с соответствующим уровнем готовности применяемых технологий, в том числе двигательных установок (ДУ). Такие установки нужны для поддержания и коррекции орбиты спутников, для осуществления маневров и поддержания формации спутниковой группировки на околоземных орбитах и для реализации дальних космических миссий.

Один из вариантов двигателей — электрические ракетные двигательные установки. Они используют электрическую энергию для генерации и ускорения заряженных частиц, которые создают тягу. Ключевые преимущества ЭРД перед жидкостными ракетными двигателями и двигателями на сжатых газах — это высокое значение коэффициента полезного действия (КПД), высокий суммарный импульс тяги и длительное время работы.

Согласно специфике МКА и баллистическим расчетам к современным двигателям предъявляются следующие требования: малое энергопотребление (единицы и десятки Ватт), низкая стоимость (менее 10% от стоимости аппарата), высокое значение КПД и запас характеристической скорости, малые массогабаритные характеристики (от 0,5 до 3U).

Сейчас на российском рынке нет готового, оптимального решения по двигателям для нижнего весового диапазона МКА. Большая часть российских спутников формата CubeSat летает без двигательных установок и не может решать все поставленные задачи.

«Сегодня в России нет летных двигательных установок для малых космических аппаратов формата CubeSat. А они нужны, и нужны срочно. Если сейчас на околоземных орбитах летает десять тысяч аппаратов, то скоро их будет сто тысяч. Это будет напоминать трафик на дорогах в час пик. Вот почему аппараты должны будут не „хаотично“ двигаться, а маневрировать, причем делать это аккуратно, быстро и точно. Массовое производство и использование МКА усугубляет проблему космического мусора. Уже сейчас спутники Starlink вынуждены совершать более 50 000 маневров за полгода. Таким образом возникает задача, — быстрого и своевременного увода отработавшего КА с орбиты. Для решения этих и других задач малые космические аппараты нуждаются в подходящих двигательных установках», — рассказала научный сотрудник — заведующий лабораторией плазменных двигателей МФТИ Дария Криворучко.

Разрабатываемая в МФТИ установка основана на советских разработках 1970-80-х годов, которые были законсервированы из-за отсутствия нужных технологий. В какой-то степени создаваемый двигатель — это реверс-инжиниринг с хорошо показавших себя западных образцов, но с оптимизацией и внедрением нового функционала. По словам разработчиков, расчетные тактико-технические характеристики российской разработки перспективнее. Главная задача сейчас подобрать нужные технологии для их достижения. Основной упор при разработке новой ДУ делается на снижение стоимости с сохранением значения КПД и добавление цифрового управления тягой.

Появление отечественного двигателя для малых космических аппаратов позволит компаниям, предоставляющим орбитальные и космические сервисы, решать больший спектр задач, упростит создание спутниковой группировки и снизит стоимость предоставления услуг. Эта разработка откроет новые возможности для отечественной космонавтики и позволит значительно улучшить качество и эффективность космических миссий, уверена команда разработчиков МФТИ.

«Всего лишь за год нам удалось выполнить ряд этапов на пути к достижению цели: освоены и отработаны основные физические принципы функционирования двигателя, разработан концепт и отработочный макет ДУ, получены первые значения тяги. Еще предстоит выполнить: поиск и отработка методов и технологий по созданию ДУ, чтобы система работала целостно, стабильно уже в летной компоновке, корректировка концепта и доработка имеющейся технологии на основе наших наработок, чтобы добиться желаемых характеристик. В итоге это будет во всех смыслах новая ДУ с расширенным функционалом, с улучшенными тактико-техническими характеристиками, низкой себестоимостью и главное — модульная, из которой можно будет делать кластеры», — пояснила Дария Криворучко.

По словам разработчиков, за счет своей модульности предлагаемый концепт двигателя позволяет создавать широкий спектр двигательных установок под параметры пользователя и конкретные задачи, без значительных доработок. А цифровое управление тягой поможет пройти самые жесткие требования заказчика к прецизионности управления МКА. Вектор тяги также будет регулируемым.

Завершение значимого
этапа проекта по созданию российской электродвигательной установки ожидается в
конце 2026 года. К этому времени в МФТИ должна появиться работающая инженерная
модель, прошедшая весь цикл необходимых наземных испытаний.