Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
На сегодняшний день одним из самых стремительно развивающихся направлений в космической технике являются малые космические аппараты (МКА). Небольшие масса и габариты вкупе с доступностью элементной базы и возможностью вывода данного класса спутников на орбиту в качестве попутной нагрузки позволяют существенно снизить стоимость запуска МКА. Однако, малый формат ограничивает массу и размеры бортовых систем, в том числе и двигательной установки (ДУ). Энерговооружённость МКА также невелика. По этой причине актуальной становится задача разработки нового поколения ДУ, специально предназначенных для использования на МКА и отличающихся небольшими габаритами и низкой потребляемой мощностью. В России работы в данном направлении до недавнего времени осуществлялись только государственными предприятиями и университетами. Первой частной российской компанией, представившей ДУ для использования на МКА, стала Avant Space [1]. Стыковочные испытания разработанной в Avant Space ДУ GT50, подтвердившие работоспособность всех её компонентов и системы в целом, были проведены в июле 2021 года в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Основой ДУ GT50 является ионный двигатель с ионизацией рабочего тела в высокочастотном индуктивном разряде [2]. Ионно-оптическая система включает три электрода, два из которых (эмиссионный и ускоряющий) представляют собой сетки плоской конфигурации с соосными отверстиями, а третий (замедляющий) выполнен кольцевым. Газоразрядная камера изготовлена из вакуумплотной керамики и имеет форму усечённого конуса. Диаметр ионного пучка на выходе из ионно-оптической системы составляет 50 мм. В качестве рабочего газа используется ксенон.
В состав ДУ GT50 помимо ионного двигателя входят высоковольтный источник питания (ВИП), высокочастотный генератор (ВЧГ), катод-нейтрализатор (КН) и блок управления газовым расходом (БУГР). ВИП осуществляет электропитание ионно-оптической системы двигателя, обеспечивая положительный потенциал 0…3 кВ на эмиссионном электроде и отрицательный потенциал 0…0,5 кВ на ускоряющем. ВЧГ через индуктор создаёт в камере двигателя переменное магнитное поле, поддерживающее горение индуктивного разряда. Диапазон регулирования частот ВЧГ составляет 1…6 МГц [3]. КН представляет собой термоэмиссионный газоразрядный источник электронов, способный компенсировать ионные токи до 250 мА. БУГР устанавливает номинальный расход ксенона через КН и позволяет регулировать расход через газоразрядную камеру двигателя в пределах 0,1…0,4 мг/с. ВИП и ВЧГ являются собственной разработкой компании AvantSpace, в то время как КН и БУГР были разработаны и изготовлены в АО ГНЦ «Центр Келдыша».
Испытания ДУ проводились на вакуумном стенде кафедры «Плазменные энергетические установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Основой стенда являлась вакуумная камера диаметром 0,7 м и длиной 0,7 м. Высоковакуумная откачка осуществлялась турбомолекулярным насосом. Двигатель GT50 вместе с КН и БУГР был установлен на фланце вакуумной камеры.
Для проверки работоспособности системы были выбраны несколько пробных режимов. Потенциал эмиссионного электрода изменялся в пределах 1,0…1,3 кВ с шагом 0,1 кВ. Потенциал ускоряющего электрода составлял 0,1 кВ и поддерживался постоянным. Замедляющий электрод, корпус КН и корпус двигателя были заземлены. Расход газа через газоразрядную камеру двигателя составлял 0,2 мг/с, давление в вакуумной камере при этом не превышало 2,0·10–5 торр. ВЧГ работал на частоте 2 МГц. Регистрировались ток ионного пучка двигателя и ток перехвата на ускоряющий электрод. В ходе испытаний тяга не измерялась.
Были отработаны запуск БУГР и КН, зажигание основного разряда двигателя от КН и функционирование системы на пробных режимах. Ток перехвата на ускоряющий электрод не превышал 1,5 мА для всех режимов работы. Значение тока ионного пучка слабо увеличивалось с ростом потенциала на эмиссионном электроде от 45,8 мА для 1 кВ до 47,4 мА для 1,3 кВ.
Все элементы ДУ GT50 работали стабильно и без сбоев, стыковочные испытания были признаны успешными. Далее планируются проведение параметрических испытаний ионного двигателя и оптимизация рабочего режима с использованием стендовой базы МГТУ им. Н.Э. Баумана [4].
