Двигательная установка (ДУ) малого космического аппарата ограничена по двум важным параметрам:&nbsp;<ul><li>по величине допустимой массы;&nbsp;</li><li>по количеству потребляемой энергии.</li></ul>Для реализации управления и, главным образом, коррекции орбиты применяются ракетные двигатели малой тяги с тягой (Р) Р≤10 Н, суммарный импульс тяги двигательных установок (IΣ) может достигать уровня IΣ=5·105 Н·с, суммарное потребление электроэнергии (W) не более 500 Вт. Имеются и другие ограничения, например, экологического характера.При выборе рабочих тел и схем двигательных установок для МКА инженеры сталкиваются с проблемой, характеризующейся:<ul><li>сложностью решения задачи на основе традиционных подходов во всём спектре аппаратов;</li><li>потребностью апробации ДУ на различных физических принципах и обоснование областей их рационального применения;</li><li>необходимостью расширения системы критериев (показателей) для выбора ДУ с учётом задач, решаемых малыми и сверхмалыми космическими аппаратами.</li></ul>Двигательные установки для спутников класса пико- и фемто- на сегодняшний день не созданы.В качестве двигательных установок в настоящее время рассматриваются ДУ на сжатом газе, ДУ с использованием термокаталитических ракетных двигателей малой тяги (РДМТ) на гидразине (нитрате гидроксиламмонии), двухкомпонентные ДУ, электроракетные ДУ (на ксеноне) и некоторые специальные ДУ и РДМТ.

large_Геоскан кубсат 3.jpg

medium_Геоскан кубсат 3.jpg

small_Геоскан кубсат 3.jpg

thumbnail_Геоскан кубсат 3.jpg

Геоскан кубсат 3.jpg

Установка двигателей на столь малых спутниках возможна?

Двигательные установки на кубсатах

Рассмотрим газовый двигатель коррекции для наноспутников разработки ОКБ «Факел».&nbsp;Данная двигательная установка коррекции выполнена в виде моноблока. За счёт применения в качестве рабочего тела сжатого азота с давлением 35,3—39,2 МПа и композитных баллонов для его хранения установка имеет малые габариты (1,5U).В состав газовой двигательной установки входят:<ul><li>газовый двигатель - исполнительный орган создания импульсов тяги двигательной установки, доступны импульсный и непрерывный режимы работы;</li><li>3 баллона для хранения рабочего газа;</li><li>пусковой клапан - гарантирует хранение рабочего газа в баллонах до начала функционирования двигательной установки;</li><li>ресивер - обеспечивает требуемое давление рабочего газа на входе в газовый двигатель;</li><li>управляющий клапан высокого давления - поддерживает давление в ресивере в установленном рабочем диапазоне;</li><li>ограничитель расхода - работает вместе с клапаном управляющим при высоких давлениях от 11,8 до 39,2 МПа;</li><li>2 заправочных устройства: одно — заправочное (для заправки баллона рабочим телом), второе — проверочное (контролирует герметичность элементов двигательной установки при подаче технологических газов);</li><li>датчик (преобразователь) контроля давления рабочего тела в баллоне;</li><li>функциональный датчик (преобразователь) контроля давления рабочего тела в ресивере для обеспечения управления включением-отключением клапана управляющего;</li><li>трубопроводы, каркас и элементы крепления, электрические жгуты.</li></ul>Конструктивно газовая двигательная установка имеет две каркасные плиты с элементами крепления к раме наноспутника. В данные плиты устанавливаются три баллона и ресивер, обеспечивая прочность конструкции двигательной установки.<figure class="image image_resized" style="width:53.57%;"><img src="/uploads/image_7526dec0f7.png"><figcaption>рис. 1 - Внешний вид газовой двигательной установки</figcaption></figure><h2>Характеристики двигателя:</h2>В зависимости от того, на какое время включается двигатель (открывается клапан), различают импульсный и непрерывный режимы работы двигательной установки. Как правило, при импульсном режиме включение двигателя осуществляется на время от 0,1 до 4 с, а при непрерывном — на время свыше 4 с.Характеристики эффективности газового двигателя определяются скважностью1 его включений и температурами камеры и сопла. В импульсных режимах работы удельный импульс будет тем ближе к максимальному (номинальному), чем больше скважность включения и чем меньше единичный импульс тяги.<h2>Энергопотребление двигательной установки</h2>Во время работы двигательная установка потребляет не более 10 Вт.По результатам разработки геометрические размеры двигательной установки — не более 148 х 96 х 94 мм, масса — не более 2 кг.В предлагаемой компоновочной схеме газовой двигательной установки коррекции объём баллонов суммарно составляет 250 см3 (0,25 л), масса заряжаемого в баллоны азота давлением 39,2 МПа (400 кгс/см2) — 0,09 кг. Таким образом, суммарный импульс тяги газовой двигательной установки составит не менее 65 Н*с. При массе космического аппарата или наноспутника 5 кг изменение характеристической скорости составит 12,5 м/с.1Скважность - отношение периода повторения импульсов к продолжительности самого импульса; отношение тяги единичного импульса к номинальному значению тяги.&nbsp;

Газовая двигательная установка кубсаты

thumbnail_image.png

ГДУ ОКБ Факел

На примере двигателя коррекции разработки ОКБ «Факел» изучаются принципы работы газового двигателя

Газовые двигатели

Электронагревный ракетный двигатель - электрический ракетный двигатель, рабочее тело которого нагревается до высокой температуры с помощью электрической дуги, омического нагрева и других методов, а затем полученный газ расширяется в сопле, создавая тягу. По способу нагрева РТ различают омические, электродуговые, индукционные и электровзрывные, электротермические РД.<figure class="image"><img src="https://lh3.googleusercontent.com/7JXu-XgZpdYNox6HCw-_jP2Fx9R8SqfAQHmCmB89nN-60faFRH_zsrvlpyumXF8-S_7PccDcW1Xa1rubP5B44qg8NC9k7AcWal9v8lYoPzHItlogq297gcpRpHtYpPJtqtLKn1LnZVujSl5-yMCRtdo"><figcaption>Модель спутника SamSat-M</figcaption></figure>Новый маневровый космический двигатель для наноспутников спроектировали и построили учёные Самарского национального исследовательского университета. Рабочим телом в данном ЭНД является смесь дистиллированной воды и этилового спирта (раствор 40%). Бак спутника рассчитан на 450 граммов топлива.Перед поступлением в сопло Лаваля смесь испаряют с помощью электрического нагревателя, полученный газ (пар) нагревается до необходимой температуры тем же нагревателем.<a href="https://habr.com/ru/post/422595/?ysclid=l6ywv4n75w934348255">Больше информации.</a><a href="http://martiantime.narod.ru/Base/encyclopedia.htm#:~:text=%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%20%E2%80%94%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9,%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B0%20(%D0%A0%D0%A2)%20%D0%B2%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BC%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5">Электрические ракетные двигатели («Советская Энциклопедия»)</a>

Электронагревный двигатель для кубсатов.jpg

small_Электронагревный двигатель для кубсатов.jpg

thumbnail_Электронагревный двигатель для кубсатов.jpg

Электронагревный двигатель на примере разработки Самарского университета

Электронагревный ракетный двигатель

Импульсный плазменный двигатель (ИПД) является одним из перспективных типов двигателей для применения в составе подобной кубсата. Он обладает целым рядом важных достоинств:&nbsp;<ol><li>постоянная готовность к работе (не требует времени на разогрев или наддув рабочего тела),&nbsp;</li><li>предельно малая инерционность,&nbsp;</li><li>практически полное отсутствие импульса последействия (у двухкомпонентных двигателей после закрытия клапана остатки рабочего тела некоторое время ещё покидают камеру сгорания и создают тягу),&nbsp;</li><li>возможность точной дозировки импульса,&nbsp;</li><li>достаточно высокий ресурс (тысячи часов),&nbsp;</li><li>линейный ход тяговой регулировочной характеристики (тяга прямо пропорционально потребляемой мощности).&nbsp;</li></ol>Его принцип действия состоит в ионизации рабочего тела. В свою очередь рабочее тело подвергается ускорению в скрещенных электрическом и магнитном полях.Основными элементами любого импульсного плазменного двигателя являются накопитель электромагнитной энергии, блок коммутации или система инициирования разряда, система хранения и подачи рабочего вещества, электроды.&nbsp;Принципиальная схема подобного ИПД, а именно абляционного импульсного плазменного двигателя (АИПД), представлена на рисунке ниже.<figure class="image"><img src="https://lh4.googleusercontent.com/aSm5T0BEZkYL_v3qmFLOQk_S7sTL5reo-BFybFEnlfLegGBjCo_skUcC-JkOZw2H3mlRelj12ngJ2deeyx7hmuB9wsnyQZDnY6Q87loKz3WbAQMibkZdtJ78ZPz8z4KRiWeTJGQDzLFro7I38lTtvkY"><figcaption>Принципиальная схема ИПД рельсовой геометрии с боковой подачей рабочего тела</figcaption></figure>В Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ создан АИПД с коаксиальной геометрией электродов и внешней магнитной системой. Внешняя магнитная система, формируя на выходе двигателя магнитное сопло, призвана повысить эффективность его работы даже в условиях относительно низкой (не более единиц кило-Ампер) величины разрядного тока. Магнитная&nbsp; система последовательно соединена с электродами двигателя и конденсаторной батареей, создавая в цепи высокое индуктивное сопротивление, тем самым увеличивая длительность разряда до величины порядка 100 мкс против единиц микросекунд, характерных для других АИПД. В качестве рабочего тела двигателя вместо традиционного фторопласта используется полиацеталь, что позволило минимизировать эффект науглероживания поверхности диэлектрика. Суммарно эти конструктивные решения позволили перейти к использованию массовых компактных плёночных конденсаторов и создать ДУ с габаритами и массой в пределах CubeSat 0,5U.<figure class="image"><img src="/uploads/IPD_14c2badf4c.jpg" alt="ИПД.jpg" srcset="/uploads/thumbnail_IPD_14c2badf4c.jpg 214w,/uploads/small_IPD_14c2badf4c.jpg 500w,/uploads/medium_IPD_14c2badf4c.jpg 750w," sizes="100vw"><figcaption>АИПД (НИЯУ МИФИ)</figcaption></figure>

Импульсный плазменный двигатель (ИПД) для кубсатов.jpg

medium_ИПД.jpg

small_ИПД.jpg

thumbnail_ИПД.jpg

ИПД.jpg

Самые подходящие двигатели для аппаратов стандарта CubeSat

Полезная нагрузкаДвигатели для кубсатов

Новинки в энциклопедии и самые актуальные новости.

Полезная нагрузка
Двигатели для кубсатов

Новинки в энциклопедии
и самые актуальные новости.