Ионный заряд для космонавтики: что за двигатель разрабатывают в МАИ?

В России успешно провели огневые и стыковочные испытания нового ионного двигателя. Мощность агрегата под названием ИД-200 — до 3 кВт с удельным импульсом тяги до 4 500 секунд (45 км/с). Это поистине знаковое событие для Московского авиационного института. Ведь при участии Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики МАИ в ОКБ «Факел» освоили производство этих двигателей еще в 80-х годах прошлого века. Чем новые ионные двигатели отличаются от зарубежных, рассказал старший научный сотрудник НИИ ПМЭ МАИ Александр Богатый.

В Центре Келдыша, где ведется его разработка, обещают, что ИД-200 можно будет использовать не только для коррекции орбиты спутников, но и для миссий по освоению дальнего космоса. Ставку на электростатические двигатели для космических аппаратов сейчас делают во всем мире. Например, на все спутники Starlink установлены стационарные плазменные двигатели (СПД). Чем новые ионные двигатели отличаются от тех, которые использует компания Илона Маска? И какие лучше?

Эра СПД

Идея электрического ракетного двигателя (ЭРД) была впервые озвучена больше ста лет назад Константином Циолковским. Первые разработки появились в 50-х годах прошлого века. В Советском Союзе велись разработки широкого спектра ЭРД. Но энергетика на борту космических аппаратов ограничена, выбирали тот двигатель, у которого была меньше цена тяги (отношение потребляемой электрической мощности к тяге). СПД по этому параметру показал себя лучше, поэтому именно не его разработку и были брошены все усилия.

«И здесь нам действительно есть, чем гордиться. Потому что ОКБ „Факел“, который при участии НИИ ПМЭ МАИ освоил производство этих двигателей еще в 80-х годах прошлого века, продает их не только в нашей стране. Они пользуются большой популярностью у зарубежных заказчиков, которые используют их в системах управления движением космических летательных аппаратов», — рассказывает старший научный сотрудник НИИ ПМЭ МАИ Александр Богатый.

Основные заказчики — европейские страны. Илон Маск на своих спутниках использует собственные двигатели, но и они работают по тому же принципу.

Двигатель с прицелом на будущее

Но зачем разрабатывать двигатель с большей ценой тяги, если уже есть хорошо зарекомендовавший себя СПД? Все дело в задачах, объясняет Александр Богатый. У ионного двигателя есть неоспоримые преимущества.

«Например, ресурс, в разы превышающий ресурс СПД. Большая скорость истечения, которая позволяет сэкономить запас рабочего тела. Среди всех прочих электрических ракетных двигателей ионные двигатели обладают наилучшим отношением вложенной электрической энергии к кинетической энергии струи, которое может достигать 80%», — перечисляет ученый.

Соответственно, ионные двигатели могут быть востребованы там, где требуется продолжительная работа двигателей. Например, для исследования планет Солнечной системы, дальнего космоса. Либо на геостационарных спутниках со сроком активного существования 10-15 лет.

«У этих двигателей (СПД и ИД) разные области применения. Все определяется задачей, которая ставится перед летательным аппаратом. Ионным двигателям еще предстоит занять свою нишу на рынке космических услуг», — резюмирует Александр Богатый.

Кстати, вполне возможно, что на новые поколения спутников Маска тоже когда-нибудь будут устанавливать ионные двигатели вместо СПД. Вопрос только, чьего производства.