Как продлить жизнь спутников на сверхнизкой орбите: российская технология
Ученые из МГУ придумали, как применять разреженный воздух на сверхнизкой околоземной орбите для разгона и поддержания спутников в полете. Для этого авторы исследования создали модель воздухозаборников, которыми должен быть оснащен такой аппарат, чтобы эффективно противостоять тормозящей силе атмосферы.
Сверхнизкие орбиты Земли, имеющие высоту от 120 до 150 километров, имеют ряд преимуществ. Например, спутникам дистанционного зондирования они позволяют с большей детализацией и подробностями рассматривать поверхность планеты. Поэтому такие высоты используются для спутников-разведчиков. Однако у сверхнизкой орбиты есть большой минус. На такой высоте при значительной скорости полета аппарата очень сильно ощущается сопротивление верхних слоев атмосферы. Здесь она сильно разрежена, но все равно создает большой тормозящий эффект. Поэтому спутники на таких орбитах живут весьма недолго, постепенно опускаясь и падая или сгорая.
Чтобы поддерживать высоту аппарата, нужна двигательная установка. Однако классические химические двигатели не очень подходят, поскольку им требуется большой запас топлива, и надолго его не хватит. Поэтому разрабатываются специальные двигатели, которые могут использовать набегающий поток воздуха. Но для этого нужно привести газ в состояние, пригодное для подачи в ионизационную камеру силовой установки. Этому и была посвящена работа исследователей.
Отобранный и подготовленный газ ионизируется, разгоняется и выбрасывается с огромной скоростью через сопло двигателя, создавая тягу. Для подготовки газовой смеси как раз и нужен воздухозаборник. Однако он должен иметь строго выверенную конструкцию, чтобы обеспечивать нужный поток и плотность газа. В проекте ученые МГУ моделировали геометрию этого устройства с учетом последующих узлов двигателя.
Пришлось решать сложную аэродинамическую задачу, в которой набегающий поток описывался миллионами молекул с параметрами, соответствующими высоте в 140 километров. Они в модели взаимодействовали с элементами аппарата, а также между собой. Так удалось получить характеристики оптимальной конструкции воздухозаборника. Это можно применять при создании долгоживущих спутников на сверхнизкой орбите.
Ранее мы рассказывали, что спутникам удалось снять последствия извержения вулкана в Исландии.
