Революционен пробив: Разработен е оптимален метод за изстрелване на космическите кораби чрез нов метод с два различни двигателя

Изследователи от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн предложиха иновативен метод за изстрелване на космически кораби с използване на няколко режима, който може да подобри ефективността на доставката на екипажи и товари до Луната и други небесни тела. Технологията, която съчетава химическо и електрическо задвижване, ще даде възможност на НАСА да постигне целите на програмата „Артемида“, като същевременно намали разходите и теглото на оборудването.

В статия, публикувана в Acta Astronautica, екип от учени, ръководен от аспиранта Брайън Клайн, описва предимствата на многорежимния двигател, който комбинира химически и електрически режими при използване на едно и също гориво. Този подход повишава ефективността на ресурсите и опростява управлението на траекторията на космическия апарат. За разлика от другите хибридни системи, които използват различни горива, многорежимният двигател използва само един монопропилент, което намалява сложността на конструкцията и разходите за изстрелването.

Системата с многорежимни двигатели работи само с едно химическо гориво, например хидразин или ASCENT, и включва както химически двигатели за осигуряване на бързи импулси, така и двигатели с електронно разпръскване, които създават тънки струи от заредени частици. Последните използват йонизация на течността и ускоряват капките под въздействието на електрическо поле, което позволява извършването на прецизни корекции на курса. Технологията на електроспрея беше успешно тествана от Европейската космическа агенция на космическия апарат LISA Pathfinder, където помогна да се намалят сътресенията, причинени от външни сили.

Многорежимният двигател осигурява гъвкавост, тъй като дава възможност на апарата да превключва от един режим в друг в зависимост от мисията. Така например мощният химически режим ускорява полета към даден обект, докато електрическият режим осигурява по-прецизни маневри за достигане на орбитата.

„Подобна адаптивност спестява гориво и намалява времето за достигане на целта, особено когато е необходимо да се преминава от една орбита към друга или да се поддържа стабилността на апарата“ – казва Клайн.

Изследването на Клайн и неговия екип е първото по рода си, което оценява практическото приложение на многорежимната система за лунните мисии на НАСА с използване на малките сателити от типа CubeSat. За разлика от традиционните двигатели, този метод спестява тегло и обем, като използва едно-единствено ракетно гориво.

Многорежимните двигатели също така опростяват конструкцията на космическите апарати, като ги прави по-лесни за изстрелване, особено при мисии с ограничен бюджет и сложни изисквания.

За да оптимизира избора на режим, екипът е разработил специален алгоритъм, който автоматично превключва двигателя между високоенергиен и нискоенергиен режим, като осигурява минимален разход на гориво и по-кратки траектории. Този алгоритъм използва метода на вариационното изчисление и гарантира, че космическият апарат постига оптимално локално решение за различните траектории – от пътуване до Луната до навлизане в геостационарна орбита.

Проектът се ръководи от професор Джошуа Рови и се осъществява като част от инициативата на Института за космически и технологични изследвания на НАСА, където се работи върху усъвършенствани космически системи и технологии, каквато е използване на различни типове двигатели с едно и също гориво. Основният акцент е поставен върху диагностиката и фундаменталните изследвания, което дава възможност тези разработки да бъдат приложени не само в лабораторията, но и в реални експедиции до Луната и отвъд нея.

„Тази технология променя подхода към междупланетните полети, като дава възможност за осъществяването на нови експедиции, каквито досега бяха трудно постижими“, отбелязва Клайн. – „Разработваме инструменти за превръщане на лабораторните тестове в реален принос за космическата общност, като добавяме повече гъвкавост и функционалност към съществуващите концепции за космическите кораби.“