Ученые Самарского университета им. Королёва и Московского авиационного института разработали систему расчета параметров одного из важнейших узлов перспективных космических плазменных двигателей – импульсного газового клапана. Эта разработка поможет конструкторам при проектировании таких двигателей. Созданные алгоритмы автоматического расчета параметров клапана позволят создавать более экономичные и легкие космические двигатели, которыми можно будет оснащать малые космические аппараты, например, наноспутники формата “кубсат”, что позволит значительно увеличить срок активной службы наноспутников на орбите.
Экспериментальное исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках масштабного всероссийского проекта “Фундаментальные проблемы разработки аэрокосмических транспортных систем и управления в аэрокосмической технике для обеспечения связанности территории РФ”. Результаты исследования опубликованы в международном журнале International Review of Aerospace Engineering
В 2024 году Самарский университет им. Королёва выиграл грант на выполнение проекта “Фундаментальные проблемы разработки аэрокосмических транспортных систем и управления в аэрокосмической технике для обеспечения связанности территории РФ”. Проект реализуется в рамках ведомственного проекта “Развитие институтов грантовой поддержки исследователей, научных и творческих коллективов” госпрограммы “Научно-технологическое развитие РФ”. Срок выполнения проекта – с 2024 по 2026 год.
Головным исполнителем является Самарский университет им. Королёва, соисполнителями – Московский авиационный институт и Институт электрофизики и электроэнергетики РАН. Руководителем работ является академик РАН, профессор Евгений Владимирович Шахматов.
По словам Георгия Михайловича Макарьянца, заведующего кафедрой эксплуатации авиационной техники Самарского университета, в последние годы всё больше задач решается с помощью малых и сверхмалых космических аппаратов, в том числе наноспутников формата “кубсат”. Космические аппараты с реактивными двигательными установками компенсируют аэродинамическое сопротивление на орбитах 300–450 км, что значительно увеличивает срок их службы. Кроме того, с помощью двигателей можно корректировать высоту орбиты и расположение спутника относительно других аппаратов в группировке. Среди перспективных двигательных установок особое место занимают импульсные плазменные двигатели с газообразным рабочим телом
В таких двигательных установках газ через импульсный клапан, открывающийся на строго определённый промежуток времени (аналогично клапану в человеческом сердце), поступает в разрядный канал, где при нужном давлении происходит электрический пробой между электродами. Газ разогревается электрической дугой, ионизируется, превращаясь в плазму, и затем ускоряется в сопле, создавая тягу двигателя
Импульсный газовый клапан – ключевой узел плазменного двигателя, от которого зависит режим работы всей установки. В ходе исследования рассмотрены различные аспекты работы клапана для формирования параметров тяги и расхода газа. Создана система расчёта параметров по рабочему давлению и быстродействию, что поможет конструкторам при проектировании газового тракта таких клапанов
Применение газа в двигателе позволяет избежать недостатков твердотельных плазменных двигателей, которые используют в качестве рабочего тела специальные шашки из диэлектрического материала, сложные в размещении и компоновке в ограниченных габаритах. Газ как рабочее тело даёт большую свободу проектирования, уменьшает размеры двигательной установки и снижает величину разрядного тока, что важно для наноспутников
Разработанная система расчёта успешно проверена на практике в экспериментах на газовом клапане, созданном в Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института (НИИ ПМЭ МАИ). В экспериментах использовался азот как рабочее тело
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий
Источник: Самарский университет
