Модульные двигательные установки для космических аппаратов формата «кубсат»

Язык труда и переводы:
УДК:
629.783
Дата публикации:
23 декабря 2021, 15:06
Категория:
Секция 03. Основоположники аэрокосмического двигателестроения и проблемы теории и конструкций двигателей летательных аппаратов
Авторы
Кудинов Александр Сергеевич
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Фёдоров Сергей Алексеевич
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Юрченко Ирина Ивановна
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Партола Игорь Станиславович
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Мосолов Сергей Владимирович
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Клименко Александр Геннадьевич
АО ГНЦ «Центр Келдыша»
Аннотация:
Рассмотрен модульный принцип построения двигательных установок для космических аппаратов формата «кубсат», принятый основными мировыми разработчиками космических аппаратов. Модульная конструкция двигательной установки предполагает размещение в едином компактном блоке всех основных элементов двигательной установки: баков, двигателей малой тяги, элементов регулирования и подачи. Сформированы общие требования к микродвигательным установкам, основными из которых являются модульность, масштабируемость, безопасность, высокое быстродействие, короткие сроки изготовления и поставки, невысокая стоимость.
Ключевые слова:
космический аппарат, Кубсат, двигательная установка, модульный принцип
Основной текст труда

Стандартный механический и электрический интерфейс в модульном принципе построения двигательной установки обеспечивает возможность ее непосредственной установки в типовые космические аппараты формата «кубсат» (пропорциональные одному юниту 1 U = 10х10х10 см).

В работе представляется обзор основных видов двигательных установок для космических аппаратов формата «кубсат», функционирующих на «зеленом» и других экологически чистых топливах, на основе газовых двигателей и комбинированных двигательных установок [1–4].

Современные конструкции двигательных установок для космических аппаратов формата «кубсат» отражают потребность разработчиков в минимизации стоимости космического аппрата и снижении трудоемкости работ по подготовке к пуску. Наиболее распространенным становится выведение таких двигательных установок на орбиту в качестве попутного груза, что предъявляет ряд требований к системам двигательной установки по исключению с их стороны негативного воздействия на основную полезную нагрузку. Упрощение и снижение стоимости подготовки двигательной установки к эксплуатации обуславливает применение экологически чистого топлива. На сегодня сформировались следующие основные рекомендации к двигательным установкам кубсатов:

  • масштабируемость двигательной установки и суммарного доступного импульса благодаря возможности выбора оптимального объема топливной емкости;
  • быстрый и простой монтаж и подключение двигательного модуля к космическому аппарату;
  • экологически чистое и безопасное для персонала топливо, позволяющее минимизировать затраты на конструктивно-технологические и организационные мероприятия по безопасности на всем жизненном цикле кубсата;
  • высокие удельные тяговые характеристики и многократность включений, высокое быстродействие клапанов и возможность импульсного и длительного режима работы двигателей.

На реализованных примерах основных мировых разработчиков рассмотрены модульные двигательные устанвоки для космических аппаратов формата «кубсат» на основе однокомпонентных термокаталитических и двухкомпонентных двигателях на экологически чистом топливе, газовые двигатели и гибридные двигательные установки.

Разработка модульных микродвигательных установок для управления космическими аппаратами формата «кубсат» становится новым направлением развития космической техники, позволяющим существенно повысить эффективность использования космических аппаратов данного вида. В настоящее время в мире получен опыт летной эксплуатации микродвигателей на «зеленом» топливе, микродвигательных установок на «холодном» газе, ведутся исследования по созданию микродвигателей на альтернативных видах топлива, включая электролиз воды. Можно говорить о формировании общих требований к микродвигательным установкам, основными из которых являются модульность, масштабируемость, безопасность, высокое быстродействие, короткие сроки изготовления и поставки, невысокая стоимость.

Литература
  1. Gibbon D., Underwood C. Low Cost Butane Propulsion Systems for Small Spacecraft // Proceeding of the 15th AIAA/USU Conference of Small Satellites, SSC01-XI-1, 2001.
  2. ArgoMoon Propulsion System. VACCO Industries. Available at: www.vacco.com.X17025000 (accessed November 8, 2021).
  3. Cocomazzi R., Avanzi A., Modenini D., Tortora P. Systems Design and Performance of Cold Gas Microthruster for Microsatellite Attitude Control // AIAA-2006-4629, 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE. Joint Propulsion Conference and Exhibit. Sacramento, California, July 9–12, 2006.
  4. Zoellner A., Conklin J.W., Buchman S., Balakrishnan K. The Drag-free CubeSat // 9th Annual Spring CubeSat Developer's Workshop. Cal Poly State University, San Luis Obispo, CA, USA, April 18–20, 2012.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.