Главной целью очередного полета к Луне будет испытание нового двигателя

В апреле следующего года спутник "Смарт-1" Европейского космического агентства (ESA) отправится к Луне. Для смещения летательного аппарата с орбиты Земли будет использован ионный двигатель, работающий на электроэнергии.

Двигатели, работающие на электричестве, уже достаточно давно применяются на низкоорбитальных телекоммуникационных спутниках. Такой же двигатель испытывался на экспериментальном зонде DS-1, принадлежащем американскому агентству NASA.

Спутник "Смарт-1" будет заниматься исследованием Луны, но основная цель этого полета - тестирование нового двигателя. В нем не сжигается топливо, как в химических ракетных двигателях, вместо этого электроэнергия, поступающая от солнечных батарей, используется для ионизации газа.

Большинство современных космических кораблей оснащено реактивными двигателями, работающими на ракетном топливе. Топливные баки имеют большую массу и существенно ограничивают свободное место на борту, которое можно было бы использовать для размещения дополнительной научной аппаратуры. Кроме того, для дальних полетов необходимо использовать гравитацию близлежащих планет, чтобы получить необходимое ускорение, выбирая при этом определенное время старта и траекторию движения.

Электрические ионные двигатели позволяют избежать этих проблем. Они более эффективны, поскольку топливный источник (солнечные батареи) и энергетический элемент (ксенон) в них разделены, в отличие от ракетного топлива, выполняющего обе функции. Вместо сжигания твердого гидразина для создания необходимого механического момента, на зонде "Смарт-1" применяются высокоэффективные литиевые солнечные батареи, которые подают энергию в двигатель, принцип функционирования которого основан на эффекте Холла.

Базовый компонент двигателя - 10-сантиметровая керамическая камера, окруженная магнитами. На одном конце камеры установлен катод, испускающий электроны под воздействием энергии от солнечных батарей. На другом конце - позитивно заряженный анод, притягивающий электроны.

По мере того, как в камеру подается ксенон, электроны ускоряются под действием магнитного поля и выбивают электроны из атомов ксенона. При этом возникают положительно заряженные ионы ксенона и свободные электроны, которые в свою очередь продолжают бомбардировать атомы газа, образуя все новые и новые ионы. Затем катод выталкивает ионы ксенона из камеры в виде яркой голубой струи.

Такой двигатель имеет очень слабую тягу, эквивалентную давлению листа бумаги на ладонь руки. Но поскольку процесс ионизации газа намного эффективнее ракетного двигателя, ионный двигатель сможет работать намного дольше. Со временем механический момент аппарата возрастает, и он наберет необходимую скорость.

Медленный разгон позволяет значительно уменьшить энергетические затраты, а это является важным фактором для осуществления дальних полетов, таких как запланированная ESA экспедиция к Меркурию. Слабая тяга ионного двигателя имеет еще одно преимущество - маневренность. Кратковременные запуски двигателя, повернутого в определенном направлении, позволят точно ориентировать корабль в пространстве.

Ионный двигатель был впервые изобретен еще в 1960 году, но до сих пор не рассматривался как серьезный конкурент реактивному, пока специалисты не стали задумываться над сокращением затрат при полетах на большие расстояния.

Более эффективный принцип движения открывает широкие возможностей для исследования солнечной системы. Конструкторы полагают, что в будущем ионные двигатели можно будет устанавливать на летательные аппараты размером с мыльницу и отправлять их к планетам и спутникам. Однако для межзвездных перелетов, очевидно, понадобятся еще более емкие источники, использующие атомную энергию.

Источник:
по материалам сайта Space.com.