Ракетный двигатель для спутников типа CubeSat размером с микрочип

Только предварительно топливо для использования в двигателе проходит стадию электролиза с помощью иридиевого катализатора (ICE-Cube Thruster), а сам двигатель  настолько мал, что его можно изготовить только с использованием технологий, изначально разработанных для изготовления кремниевых чипов.

Микродвигатель, спутник, Кубсат, Cube Thruster
Микродвигатель, разработанный в Имперском колледже, имеет длину всего 1 мм.Имперский колледж/ЕКА

Поскольку спутники весом менее 10 кг составляют около 90% сегодняшних запусков спутников, а некоторые из них не намного больше смартфона, создание компонентов для них является серьезной задачей. 

 

Одной из проблем является создание ракетных двигателей, соответствующих ограничениям CubeSats. Эти двигатели должны быть не только небольшими, но и простыми, негерметичными, маломощными и не содержать токсичных материалов.

 

Проект ICE-Cube Thruster, финансируемый ЕКА, полностью соответствует этим критериям.  Спутниковый движитель действительно оказался  крошечным. Конструкция  двигателя имеет длину примерно с ноготь, а длина камеры сгорания и сопла составляет всего 1 мм. Для работы ему также требуется всего 20 Вт электрического тока. В ходе испытательной кампании он генерировал тягу в 1,25 миллиньютон при удельном импульсе 185 секунд на постоянной основе. Для сравнения: это в полмиллиарда раз меньшая тяга, чем у двигателей, используемых на космическом шаттле.

 

Главная хитрость ICE-Cube Thruster заключается в том, что в качестве топлива он использует обычную воду, которая настолько невзрывоопасна и негорюча, насколько это возможно. Бортовой электрический ток создает электролиз, расщепляющий воду на водород и кислород, которые подаются в камеру сгорания для воспламенения, создавая тягу для маневрирования CubeSat.

 

Использование воды не только очень экологично, но и снижает полезную нагрузку, поскольку для ее хранения не требуется создание избыточного давления и поэтому системы хранения и транспортировки могут быть легче и проще. Однако для изготовления камеры сгорания и сопла для двигателя, по существу, в двух измерениях, потребовалось обратиться к микроэлектронике с использованием метода микроэлектромеханических систем (MEMS), который обычно используется для обработки кремниевых пластин для процессоров с точностью до субмикрометра.

 

Конструкция двигателя неортодоксальна , но при этом легко масштабируется и позволяет наладить массовое производство таких миниатюрных двигателей.