ТАСС, 12 июля. Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого разработали ионный электрический двигатель, который в будущем может быть использован для освоения дальнего космоса.

"[В настоящее время] ведутся исследования по созданию электрических ракетных двигателей и целых двигательных платформ на их основе для выполнения транспортных операций в космосе, до выведения аппаратов с промежуточных орбит на рабочие. Актуальность обозначенного направления побудила крупнейшие учебные заведения Санкт-Петербурга - Военно-космическую академию имени А. Ф. Можайского и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого на создание творческого коллектива для проведения теоретических и экспериментальных исследований по разработке ионного электрического ракетного двигателя нового поколения", - говорится в статье начальника лаборатории Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского Николая Шуневича, старшего научного сотрудника военного института Виктора Мартынова, опубликованной в газете "Красная звезда".

Как уточняется в статье, в основу проекта заложена эффективная и перспективная технология ионизации газа в вакууме с применением пористых мембран. "Для подтверждения возможностей новой технологии выполнены теоретический расчет элементов конструкции двигателя и математическое моделирование процесса ионизации, изготовлен лабораторный образец электрического ракетного двигателя нового поколения, произведена модернизация вакуумной системы для огневых испытаний образца", - отмечают Шуневич и Мартынов.

Чтобы провести испытания, говорится в статье, были созданы высоковольтные источники питания, система дозированной подачи рабочего тела, устройство оценки силы тяги.

"Лабораторный образец электрического ракетного двигателя нового поколения подтвердил свою работоспособность", - подчеркнули сотрудники Военно-космической академии.

Лабораторный образец устойчиво работал на различных видах топлива. Наряду с традиционно применяемым ксеноном в качестве рабочего тела использовались аргон, гелий, элегаз и воздух. "Полученные результаты легли в основу ряда научных трудов, публикаций, докладов и патентных изысканий", - говорится в статье.

https://tass.ru/kosmos/11878899

"Мы сейчас даже начали мечтать о полете к планетам-гигантам. Пока никогда - ни в Советском Союзе, ни в России - не летали, там тоже очень интересно. Обычным двигателем - это очень долгая дорога, с солнечными маневрами, а вот на такой современной технике можно долететь гораздо быстрее", -  сообщил научный руководитель Института космических исследований (ИКИ) РАН Лев Зеленый. на пресс-конференции в Москве.

Зеленый уточнил, что речь идет об автоматическом аппарате, который сможет облететь Солнечную систему не за 40 лет, как это сделал американский аппарат Voyager, а "гораздо быстрее".

Ученый секретарь научно-технического совета НПО имени Лавочкина, которое занимается созданием подобных станций, Александр Шаханов, отметил, что у предприятия есть планы и по полетам на электроракетных двигателях.

Ранее директор ИКИ Анатолий Петрукович сообщал, в 2021 году ученые начнут проработку задач для сверхтяжелой ракеты и ядерного буксира. Контракт на разработку аванпроекта буксира "Нуклон" между "Роскосмосом" и конструкторским бюро "Арсенал" был заключен 10 декабря и обошелся госкорпорации в 4,2 миллиарда рублей. Работы нужно завершить к июлю 2024 года. Как следует из документа, одной из первых задач буксира может стать исследование Луны.

Правда, первый запуск буксира состоится не ранее 2030 года, а, вероятнее всего, позднее.

Аванпроект — научное исследование, которое обосновывает выполнение качественно новой разработки.

https://thealphacentauri.net/63374-nemnogo-o-rossiyskom-yade...

Ещё немного о российском ядерном буксире

согласно ТЗ, действительно обязано в своей работе использовать накопленные за 10 лет результаты, в том числе провести «испытания турбокомпрессора-генератора системы преобразования энергии, функционирующего при температурах рабочего тела на входе турбины до 1500 К включительно». С другой стороны, они должны лишь испытать этот вариант. Так-то, смотрим на самую первую картинку в этой статье, разрабатываться будут как турбинные, так и термоэмиссионные ЯЭУ. И деньги Арсеналу выдают в том числе на то, чтобы они решили, какой вариант лучше всего подходит для «Нуклона»

https://ria.ru/20210407/rossiyskie-uchenye-uzhe-planiruyut-p...

специально для @Genplan

ThrustMe провел первые испытания на орбите, что доказало способность двигательной установки изменять орбиту CubeSat. ThrustMe NPT30-I2-1U, первый электроракетный двигатель на йоде, отправленный в космос, находится на борту Beihangkongshi-1, 12U CubeSat, разработанного китайским производителем коммерческих спутников Spacety.

Французский стартап ThrustMe запустил в космос первый в мире электроракетный двигатель на йоде

Ракета Long March 6 отправила спутник на орбиту в ноябре вместе с партией спутников для аргентинской фирмы дистанционного зондирования Satellogic.

После нескольких недель ввода в эксплуатацию двигательная установка была испытана во время двух 90-минутных включений в конце декабря и начале января. Согласно пресс-релизу ThrustMe, в результате чего высота изменилась на 700 метров.

В компании заявляют, что результаты доказывают, что йод является жизнеспособным топливом для электрических двигателей, что знаменует собой шаг к коммерциализации системы.

ThrustMe утверждает, что использование йода в качестве топлива является прорывом для спутниковой индустрии. Это позволит значительно упростить и оптимизировать процесс интеграции спутников.

Дальнейшая демонстрация будет проводиться на борту миссии GOMspace GOMx-5, запланированной на второй квартал 2022 года. NPT30-I2-1U также готовится для рынка геостационарных спутников.

https://aboutspacejornal.net/2021/01/22/французский-стартап-thrustme-провел-первые-и/

На наших глазах электроэнергия начинает играть все большую роль в транспорте. Вслед за электромобилями, успешно отвоевывающими себе место на дорогах, в небо поднимаются электросамолеты. Но для авиации такие изменения могут иметь далекоидущие последствия. Вполне возможно, что самолеты завтрашнего дня будут поднимать в небо не электромоторы, а атмосферные ионные двигатели. Появление ионолетов обещает качественный прорыв в авиатехнике.

Что это такое?

Сегодня ионолет, он же ионокрафт (или лифтер, с ударением на последнем слоге), – это только легкая летающая модель, способная мгновенно оторваться от поверхности, как только на провод, соединяющий ее с источником питания, будет подан электрический ток. Но для инженеров и фантастов это один из вариантов летательного аппарата будущего, имеющего весьма заманчивые характеристики. Он будет экологически чистым, в отличие от современных самолетов и вертолетов, бесшумным и без значительных усилий сможет вертикально взлетать и садиться. Во всяком случае, так его представляют исследователи. Не это ли технология для летающих автомобилей будущего?

Подъемная сила в таком аппарате создается благодаря эффекту Бифельда – Брауна. Еще в 20-х годах прошлого века американскими учеными Томасом Брауном и ассистировавшим ему Полом Бифельдом, экспериментировавшими с рентгеновскими трубками Кулиджа, был обнаружен необычный эффект. Некая сила действовала на заряженный до высокого напряжения асимметричный конденсатор. Ее было достаточно даже для того, чтобы поднять конденсатор в воздух. Сам ученый поначалу был уверен, что нашел способ влиять на гравитацию с помощью электричества. Тогда, открытому явлению, даже дали соответствующее название – «электрогравитация». Сегодня такие опыты популярны не только у школьников и студентов, увлекающихся физикой, но и среди сторонников различных теорий, не признаваемых современной наукой. По их мнению, ионный ветер дает только 10-20% тяги ионного двигателя, остальные дает пока не известная науке сила.

Вот только если бы дело было в гравитации, а не в движении заряженных ионов воздуха, как есть на самом деле, то устройство одинаково хорошо работало бы как в воздушной среде, так и в вакууме. Но в результате множества опытов было установлено, что в отсутствие газовой среды устройство не работает. В вакууме эффект исчезает. Здесь не стоит путать ионолет (атмосферный ионный двигатель) с ионными двигателями, все чаще применяемыми в космических аппаратах. Они-то как раз и предназначены для работы в вакууме. Такой двигатель свободно работает в безвоздушной среде, так как реактивная тяга возникает на базе запасенного рабочего тела, которым, как правило, является инертный газ (аргон, ксенон и т. п.). Им космический аппарат заправляют до старта. В случае ионолета его рабочим телом фактически является забортный воздух, который, разумеется, с собой брать в полет не надо.

Секрет подъемной силы ионолета прост. При очень высоком напряжении межу электродами – анодом и катодом – возникает ионный (или электростатический) ветер. Это явление также называется электрогидродинамическим эффектом (ЭГД). Причем один электрод, как правило, тонкий или острый, другой – широкий и плоский. То есть они не симметричны друг другу. Таким образом, получается левитирующий асимметричный воздушный конденсатор.

Один из вариантов модели ионолета / © jlnlabs.org

Около отрицательно заряженного электрода молекулы воздуха ионизируются. Они получают отрицательный заряд и начинают двигаться к электроду с положительным зарядом. При этом они увлекают на своем пути нейтральные молекулы воздуха, чем и создается необходимая тяга для полета. Причем полной ионизации проходящего через аппарат воздуха не требуется.

Простейшая схема летательного аппарата выглядит следующим образом. Отрицательно заряженные электроды представляют собой металлические острия. Их несколько, и они расположены над металлической сеткой с положительным зарядом. Образовывающиеся между ними ионы устремляются к сетке, где и расстаются со своим зарядом, выходя из двигателя уже обычными молекулами воздуха. Тем самым электроэнергия высокого напряжения преобразуется в кинетическую энергию воздушного потока. Такой ионный двигатель еще называют электростатическим движителем (ЭСД).

Регулируя напряжение на электродах, можно дать команду на взлет и посадку, изменяя напряжение только на некоторых электродах, можно наклонять и поворачивать аппарат. И при этом никаких движущихся частей двигатель на ионном ветре не имеет. Конструкция проста, а перспективные варианты движителя не предполагают серьезного технического обслуживания, смазки и т. п.

Считается, что сам термин «ионокрафт» (ionocraft), в русском варианте «ионолет», придумал наш соотечественник. Пионер авиации, летчик-ас Первой мировой войны, покинувший Россию после революции, авиатор, изобретатель и авиаконструктор Александр Николаевич Прокофьев-Северский. Он же в 1964 году получил патент на свой летательный аппарат. За годы, проведенные в Америке, Северский работал консультантом при Министерстве обороны, основал две авиастроительные фирмы, сконструировал несколько удачно себя показавших самолетов, стал автором множества изобретений и патентов. Однако коммерческого успеха так и не добился. В 1939 году Северский был отстранен инвесторами от управления основанной им компании. После чего он занялся писательской деятельностью, читал лекции и благодаря своему умению выступать на публике получил широкую известность, а в 60-х годах занялся ионолетами. Северский подробно описал физику эффекта и запатентовал основные принципы работы ионолета.

Модель, созданная Северским, представляла собой прямоугольную рамку из бальсы (дерева, древесина которого считается самой легкой в мире) с натянутой на нее алюминиевой проволокой. Электрическая энергия подводилась к аппарату по коаксиальному кабелю. Но сделать что-то большее у него не получилось. Попытка Северского построить ионокрафт, способный подняться в воздух с человеком на борту, не удалась. Формально по причине отсутствия денег. Но все-таки основная сложность создания такого аппарата кроется в другом. Даже сейчас модели ионолетов не способны нести на себе собственный источник питания. Все модели подключаются к внешнему источнику питания, так как собственный им поднять еще не под силу, не говоря уже о пилоте или дополнительном оборудовании.

Летающая модель ионолета и проект одноместного аппарата А. Н. Северского / © Popular Mechanics

Не все так просто

В чем же проблема? Атмосферному ионному двигателю требуется ток очень высокого напряжения. В то же время к идее ионолета не так давно вернулись снова. И не кто-то, а исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), который, как известно, является новатором в области перспективных технологий. Согласно их выводам, для подъема в воздух беспилотного аппарата с оборудованием на борту и собственным источником питания потребуется несколько сотен или даже тысяч киловольт. Для сравнения, в бытовой эклектической сети напряжение тока составляет 220 вольт. Это всего 0,22 киловольта. Легкой экспериментальной модели ионолета, сделанной в лаборатории MIT, потребовалось напряжение всего в несколько киловольт. В качестве отрицательно заряженного электрода выступил тонкий медный провод, а положительного – легкая алюминиевая трубка. Каркас был склеен из бальсы.

Но в целом результаты опыта оказались обнадеживающими. Они показали, что двигатели, основанные на эффекте Бифельда – Брауна, могут быть гораздо более эффективными, чем традиционные. Эксперименты показали, что тяга такого атмосферного ионного двигателя может составлять до 110 ньютонов на киловатт мощности, тогда как традиционные реактивные двигатели имеют показатель всего 2 ньютона на киловатт.

Но есть и другая сложность в создании таких аппаратов. В сравнении с традиционными реактивными двигателями, атмосферный ионный двигатель существенно уступает по показателю «плотности» тяги, то есть ее количеству на единицу рабочей площади. Объясняется это тем, что ее величина напрямую зависит от ширины воздушного зазора между анодом и катодом. Чем он больше, тем сильнее тяга. Следовательно, чтобы создать даже легкий летательный аппарат, потребуется разместить электроды на большом расстоянии друг от друга. Фактически такие зазоры будут определяться максимально возможными габаритами летательного аппарата. Таким образом, сам фюзеляж, окруженный электродами, будет находиться внутри электростатического движителя.

Ионолет в виде «летающей тарелки» / © Popular Mechanics

Впечатляющие перспективы

Если верить обещаниям исследователей, передвигаться такой аппарат сможет бесшумно и не будет иметь вредных выбросов. Кроме того, он сможет вертикально взлетать, садиться, а также зависать над поверхностью. В этом он подобен вертолету. Но, в отличие от последнего, отсутствие вибрации позволит создать идеальный комфорт в пассажирской кабине. Взлетать и садиться такие аппараты смогут в непосредственной близости от жилых и административных зданий, не создавая шума, а следовательно, и неудобства окружающим. В прошлом такие летательные аппараты представлялись пилотируемыми, но сейчас с развитием беспилотной техники можно сказать, что первые ионолеты будут обходиться без человека на борту.

Незаменим он окажется и на военной службе. Ионолет невидим в инфракрасном диапазоне, что является настоящей находкой для военных. Такой беспилотный летательный аппарат можно будет использовать для разведывательных и иных миссий, не рискуя быть обнаруженным прибором ночного видения. Реализован ионолет может быть и в виде левитирующей платформы, получающей питание с земли по проводам. Летающий строительный кран, беспилотник для патрулирования дорожного движения, метеозонд, отслеживающий изменения погоды. Ему можно найти много способов применения.

Могут пригодиться ионолеты и для полетов в атмосфере других планет. Ведь им не надо нести на борту топливо. Но все-таки, осталось решить вопрос с мощным источником питания.

Сравнение экономичности несущей системы вертолета и ионолета (электростатического движителя) / © «Техника-молодежи»

Сделай сам

Если есть опыт работы с электричеством, сделать простейшую летающую модель ионолета можно и самому. При этом необходимо предпринять соответствующие меры предосторожности, так как придется работать с током высокого напряжения. В основе конструкции – склеенная из тонких бальсовых планок треугольная рама. Верхний электрод – тонкая медная проволока сечением 0,1 кв. мм. Нижний – широкая полоска из пищевой алюминиевой фольги, натянутая на раму. Расстояние между ними – около 30 мм. Фольга должна огибать планки и не иметь острых ребер, в противном случае может возникнуть электрический пробой.

Простейшая модель ионолета /© linux-host.org

После сборки конструкции к ней подключается высоковольтный источник питания с напряжением 30 кВ. Положительный вывод – к проводу, отрицательный – к фольге. Чтобы модель не улетела, ее нужно привязать к столу капроновыми нитями.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– «Команч» и его собратья: «невидимки» на свалке истории;

– Мы — внеземного происхождения?;

– Рейтинг колонизации Солнечной системы.

Технический комитет по электрическим ускорителям (Electric Propulsion Technical Committee) работает над продвижением исследований, разработок и применения электрических двигателей для спутников и космических кораблей. К середине 2020 года 900 действующих космических аппаратов маневрировали с помощью электрической тяги, которая разгоняет реактивное вещество до гораздо более высоких скоростей, чем это возможно с помощью химической реакции.

В феврале аппарат компании Northrop Grumman под названием Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1) достиг геосинхронной орбиты с помощью двигателей на эффекте Холла Aerojet Rocketdyne XR-5 мощностью 3 киловатта, что позволило ему состыковаться со спутником связи Intelsat 901 и переместить его на новую орбитальную позицию, где он приступил к выполнению своих задач в рамках пятилетнего продления его миссии, впервые для коммерческих космических аппаратов. MEV-2 был запущен в августе.

В марте шестой усовершенствованный сверхвысокочастотный спутник связи ВВС США, созданный компанией Lockheed Martin, достиг геосинхронной орбиты, на которой он приводился в движение с помощью XR-5 для достижения и поддержания орбиты и маневрирования.

Японский космический корабль Hayabusa2 двигался к Земле с астероида Рюгу, чтобы прибыть 6 декабря, приводимый в движение четырьмя решётчатыми ионными двигателями с микроволновыми разрядниками, которые обеспечивали изменение скорости на 1275 метров в секунду в течение сентября.

Тем временем на Земле велись разработки многих новых электрических двигательных установок.

В январе компания Busek Co. Inc. из Массачусетса предоставила свою третью полностью работающую на йоде систему ионного двигателя BIT-3 с радиочастотной решёткой. BIT-3 будет использоваться на нескольких космических аппаратах, отправляющихся в дальний космос и на низкую околоземную орбиту. Силовая установка мощностью 56-80 Вт обеспечивает беспрецедентную тягу до 1,25 мН и удельный импульс до 2300 секунд.

Также в январе Busek начал поставки своих ускорителей на эффекте Холла BHT-350 для спутниковых группировок. В феврале ускоритель на эффекте Холла BHT-600 компании Busek прошёл испытание на длительность непрерывной работы в течение 7198 часов на ксеноне в центре Гленна, продемонстрировав общий импульс в 1,0 меганьютон-секунду.

В феврале компании Aerojet Rocketdyne и ZIN Technologies завершили испытания лётного ионного двигателя и энергоблока NEXT-C в Исследовательском центре Гленна в НАСА в Огайо. Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Мэриленде получила оборудование для миссии НАСА по тестированию двойного перенаправления астероидов (Double Asteroid Redirection Test). NEXT-C является самым мощным из современных ионных двигателей.

Двигатель NEXT-C работает в импульсном режиме, на один такой импульс тратится мощность в 6.9 кВт, а с точки зрения ресурса, двигатель сможет произвести 236 миллионов импульсов. Во время испытаний двигатель NEXT-C продемонстрировал самое высокое значение импульса создаваемой им тяги, который составил 17 мН*сек. У ионных двигателей также есть показатель эффективности использования топлива, который условно является временем, которое проработает двигатель на определенном объеме топлива. У двигателя NEXT-C это время равно 4190 секундам.

Также в феврале Safran Aircraft Engines во Франции завершила квалификацию ускорителя на эффекте Холла PPS-5000 для выполнения 7-ми меганьютон-секундных миссий. В течение августа квалификационный двигатель набрал 10,8 меганьютон-секунды общего импульса за 11607 часов. Safran также продолжила разработку маломощного ускорителя PPS X00. В течение сентября Apollo Fusion of California выиграла контракты на поставку своих двигательных систем ACE и ACE MAX. В течение августа ресурсные испытания двух систем, работающих на криптоне, достигли 1000 часов.

Лаборатория реактивного движения НАСА в Калифорнии и различные подрядчики продолжали подготовку к миссии «Психея». В мае была проведена критическая проверка конструкции космического корабля и двигательной установки на базе российских двигателей на эффекте Холла — Факел СПД-140. Также началось испытание на износ субкиловаттного двигателя, лежащего в основе двигательной установки Astraeus для малых космических кораблей. В августе компания CU-Aerospace из Иллинойса поставила для Astraeus прототип контроллера потока ксенона, а также был изготовлен прототип энергоблока.

Продолжалась работа над силовым и двигательным элементом (Power and Propulsion Element) НАСА, который будет служить в качестве служебного модуля лунной станции (lunar Gateway). Аппарат, построенный Maxar, будет приводиться в движение усовершенствованной электрической силовой установкой Aerojet Rocketdyne и ускорителями BHT-6000 компании Busek. В марте компания Aerojet Rocketdyne завершила создание лётного энергоблока AEPS, а компания VACCO из Калифорнии завершила создание лётного контроллера потока ксенона.

Развитие маломощных двигателей с электрораспылением продолжалось быстрыми темпами, нацеленных на небольшие космические аппараты. Accion Systems Inc. из Массачусетса разработала свою технологию микросхемы ускорителя Tiled Ionic Liquid Electrospray, испытав 35 устройств до сентября. В мае электрораспылительный двигатель Busek BET-300-P прошел экологические испытания и продемонстрировал полный импульс. Между тем, Лаборатория плазмы и космического движения в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в сотрудничестве с Busek, Лабораторией реактивного движения и исследовательской лабораторией ВВС исследовали капиллярное излучение электрораспылением, выявив механизмы, снижающие срок службы и производительность в некоторых условиях.

Исследования в Институте космических систем в Штутгарте, Германия, были успешными. В начале года институт продемонстрировал инерционный двигатель с запиранием электростатического заряда с электромагнитным соплом. В марте он испытал радиочастотный геликонный плазменный двигатель в рамках проекта Discoverer Европейского Союза. Институт испытал магнитоплазмодинамический двигатель SX3 с приложенным полем и катодом из LaB6 (сплав лантана с бором). В середине года он завершил ресурсные и комплексные испытания миниатюрного 5-джоульного импульсного плазменного двигателя Petrus. Дополнительные эксперименты Petrus проводились в Европейском центре космических исследований и технологий Европейского космического агентства в Нидерландах. Лётное оборудование Petrus было доставлено в Римский университет для спутника Greencube.

Источник: https://aboutspacejornal.net/2020/12/29/исследования-в-облас...