В МАИ разрабатывают перспективный двигатель для космических аппаратов

Учёные Московского авиационного института работают над повышением энергоэффективности ионных двигателей для космических аппаратов. Цель учёных — улучшить конструкцию высокочастотного ионного двигателя, рассчитав оптимальные геометрические параметры её основных элементов.

Проектом занимается коллектив лаборатории высокочастотных ионных двигателей Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ. В составе научной группы — руководитель проекта, ведущий научный сотрудник НИИ ПМЭ МАИ Вартан Абгарян, заместитель начальника лаборатории Андрей Мельников, инженер-конструктор лаборатории и аспирант кафедры 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки» МАИ Олег Пейсахович и инженер лаборатории Александра Купреева. Проект поддержан грантом РНФ.

"Исследования в области высокочастотных ионных двигателей ведутся в МАИ уже более 10 лет. — рассказывает Андрей Мельников. — Ионный двигатель на основе высокочастотного разряда может работать практически с любым веществом, находящимся в газообразном состоянии. Это важная особенность с учётом актуальной тенденции перехода электрических ракетных двигателей на альтернативные дорогостоящему ксенону вещества. При этом для организации энергоэффективного процесса ионизации в таком двигателе необходима оптимизация геометрических параметров элементов конструкции. Эта задача и решается в рамках проекта".

Ионные двигатели могут использоваться в качестве двигателей коррекции, довыведения и увода космических аппаратов на орбиту захоронения после завершения срока их активного существования, а также в качестве маршевых двигателей: например, для аппаратов, выполняющих научные миссии в дальнем космосе.

По сравнению с другими типами электроракетных двигателей, ионные двигатели обеспечивают более высокие значения удельного импульса тяги. Это позволяет более экономно расходовать запасы рабочего тела — то есть газа, создающего тягу. Кроме того, высокая скорость истечения ионов рабочего тела позволяет космическому аппарату достичь значительно более высоких скоростей, чем при использовании жидкостных ракетных двигателей.

"В рамках проекта был проведён расчётный анализ влияния геометрии разрядной камеры, в которой происходит генерация плазмы, и электродов ионно-оптической системы, обеспечивающих фокусировку и ускорение ионного пучка, на характеристики высокочастотных ионных двигателей с диаметром пучка 160 мм, — продолжает Андрей Мельников. — В результате были определены геометрические параметры этих элементов конструкции, соответствующие наилучшей энергоэффективности двигателя такого типоразмера".

В ближайшей перспективе коллективу предстоит решить ещё ряд задач. Например, планируется оценить возможность улучшения характеристик двигателя за счёт использования дополнительного постоянного магнитного поля в области высокочастотного разряда. Также будет усовершенствована инженерная модель, которая применяется для оценки характеристик двигателя. Работы планируется завершить до конца 2023 года.