Два в одном: как «зелёное» топливо изменит маленькие спутники

Разместить всё необходимое оборудование на борту маленького спутника — задача не из лёгких, и острее всего стоит проблема топлива. Обычно для химических маневровых двигателей и для экономичных электроракетных систем требуются разные виды горючего, что съедает и без того ограниченное пространство. Однако новая разработка Массачусетского технологического института (MIT) предлагает изящный выход.

Исследование MIT показывает, что один-единственный вид топлива способен питать обе системы одновременно. И если всё пойдёт по плану, эта идея совсем скоро пройдёт проверку в открытом космосе.

«Если у вас есть возможность объединить химический и электрический двигатель в одном компактном блоке, вы получаете лучшее из двух миров, — объяснила Амелия Бруно, бывший постдокторант MIT, руководившая исследованием. — Это открывает для малых спутников дверь в большую науку: больше наблюдений, больше по-настоящему интересных миссий, и всё это на платформе меньшего размера и за меньшие деньги».

Работа частично финансировалась NASA и опирается на предыдущие исследования топлива, проведённые ВВС США. Агентство планирует запустить экспериментальный кубсат Green Propulsion Dual Mode не ранее ноября этого года, чтобы понять, будет ли силовая установка и монотопливо, уже испытанные на Земле, так же хорошо работать в космосе.

Эта миссия на низкую околоземную орбиту станет важнейшей демонстрацией технологий, которые затем отправятся гораздо дальше — например, к Марсу, куда NASA нацеливает будущие пилотируемые экспедиции.

Само топливо носит название ASCENT (Advanced Spacecraft Energetic Non-Toxic Propellant) и позиционируется как «зелёное» — оно гораздо менее токсично, чем высокоэффективный гидразин, который отлично подходит для мощных рывков в космосе, но смертельно опасен при обращении на Земле. ASCENT уже летал в космос во время миссии NASA Green Propellant Infusion Mission в 2019–2020 годах, но тогда речь шла исключительно о химических двигателях.

Новизна исследования MIT заключается в том, что ASCENT, изначально созданный для быстрых химических манёвров вроде выхода на орбиту, отлично показал себя и в электроспрейных двигателях. Эти крошечные устройства размером с монету создают тягу, используя электрическое поле для разгона и распыления заряженных частиц жидкости — именно поэтому их назвали «электроспрей». В отличие от химических «коллег», они предназначены для долгой, филигранной корректировки траектории.

В Лаборатории космических двигателей MIT подвесили модель кубсата в вакуумной камере, имитируя невесомость, и проверили, как двигатели работают на ASCENT при разном напряжении. Оказалось, что электрическая тяга на новом топливе не уступает обычным специализированным составам.

Хотя взгляд NASA сейчас устремлён к далёким планетам, у новой технологии есть множество задач и на орбите Земли. Рой малых спутников, оснащённых такой двойной системой, сможет быстро перестраиваться для наблюдения за ураганами или лесными пожарами, экономя топливо в спокойном режиме. «Представьте: надвигается шторм, и вам нужно развернуть группировку малых спутников над одним районом, — говорит соавтор исследования Пауло Лозано, директор лаборатории. — Вы можете сделать это быстро или медленно, в зависимости от задачи. И теперь это реально, потому что у вас на борту фактически две двигательные установки, работающие на одном топливе».

Но самый захватывающий сценарий будущего — это, пожалуй, глубокая разведка. Когда автоматическая станция приближается к астероиду или спутнику Юпитера, переключение между химическим импульсом и электрическим распылением без смены топливной системы даёт миссии беспрецедентную гибкость: можно резко затормозить для захвата орбиты, а затем часами дрейфовать, экономно корректируя курс для съёмки неизведанных ландшафтов. Фактически, это превращает каждый зонд в универсального исследователя, готового как к спринту, так и к марафону в межпланетном пространстве.