Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Согласно статистике количество космического мусора размером больше 10 сантиметров приближается к 20 тысячам, а их суммарная масса к 8 тыс. т, большинство из этого — обломки космических аппаратов [1]. При столкновении спутников Iridium-33 и «Космос-2251» в 2009 году в космическом пространстве появилось больше 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких [2].
Для малых спутников Земли столкновение с таким мусором станет критическим. Изменение орбиты необходимо для корректной работы и выполнения поставленных задач перед спутником, поэтому вопрос управления космическими аппаратами малых размеров актуален.
Предлагается использовать абляционную лазерную двигательную установку для изменения орбиты малого космического спутника, состоящую из лазера, системы подачи рабочего тела, конического сопла и элементов охлаждения. Двигательная установка такого типа имеет ряд преимуществ и, как показали расчеты, при активной эксплуатации экономически выгоден, что весьма важно для космических систем [3].
Используется твердотельный лазер ламповой накачки с рабочей средой в виде кристалла алюмоиттриевого граната, легированного неодимом. Длина волны 1064 нанометров относиться к инфракрасной области спектра, способствующей аблированию рабочего тела темного цвета, в отличие от длины волны 532 нанометров желто-зеленой области спектра. Лазер может работать в непрерывном и импульсном режиме. Одна из проблем — низкая степень поглощения излучения накачки, что способствует большому тепловыделению и высокому энергопотреблению. Поэтому принято решение использовать единичные импульсы для аблирования рабочего тела, применяя водяное охлаждение. Твердотельные лазеры с ламповой накачкой имеют ряд преимуществ: большая энергия импульса, высокое качество излучения, получение пятна маленького размера, которое позволит прецизионно фокусироваться на рабочем теле.
В перспективе чтобы уменьшить габариты и энергопотребление лазерной двигательной установки потребуется переход с ламповой на диодную накачку. Данная работа в виду сложности выделена как отдельный этап.
По предварительным исследованиям, максимальную тягу в импульсных лазерных ракетных двигателях следует ожидать от конических сопел [4].
Существует несколько способов подачи рабочего тела: цилиндрическая (абляция твердого тела) [5], ленточная [6], жидкостная. В данной двигательной установке используется ленточный механизм подачи рабочего тела — графита, нанесенного на прозрачную для лазерного излучения пленку. При импульсной работе лазерной установки происходит абляция графита с последующим образованием реактивной струи, направленной перпендикулярно к плоскости ленты. Для автоматической работы двигательной установки требуется механизм для перемещения ленты с рабочим телом. Аблированный графит поступает в коническое сопло, где реактивная струя увеличивает скорость истечения и принимает заданное направление.
Система охлаждения спроектирована для лабораторных работ в условиях атмосферы Земли. Позволяет использовать двигательную установку в импульсном режиме с разной частотой, не перегревая рабочую среду лазера. Система охлаждения включает в себя алюминиевый блок водяного охлаждения, радиатор, вентилятор, мембранный насос, элемент Пельтье. Мембранный насос имеет ряд преимуществ по сравнению с центробежным насосом: отсутствие вращающихся, подверженных трению составляющих; высокая степень герметичности; широкий температурный диапазон перекачки; возможность работы на «сухом ходу». К достоинствам охлаждения элементами Пельтье можно отнести маленькие размеры всей системы, что положительно скажется на возможности расположения большей полезной нагрузки в спутнике.
