О возможности применения солнечной электрореактивной двигательной установки на низкоорбитальных малых космических аппаратах

Авторы

Марахтанов М. К.¹, Пильников А. В.^2*

1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия
2. Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, ЦНИИмаш, ул. Пионерская, 4, Королев, Московская область, 141070, Россия

*e-mail: corp@tsniimash.ru

Аннотация

В настоящее время существует тенденция к созданию низкоорбитальных малых космических аппаратов (КА) различного назначения. Однако системный анализ и экспериментальные данные для КА с солнечной электрореактивной двигательной установкой (ЭРДУ), работающих на высоте 140–280 км, практически отсутствуют. Минимальная высота орбиты, ее связь с размерами и массой КА, а также с параметрами его двигательной установки, остаются неопределенными. В настоящей работе определены нижние пределы высоты орбиты h_min≈ 200 км для использования солнечной ЭРДУ с ионным двигателем и h_min≈ 180 км – стационарным плазменным двигателем (СПД). Верхним пределом высот, при снижении с которых приходится постоянно наращивать площадь солнечной батареи ЭРДУ для преодоления аэродинамического сопротивления атмосферы, является h_max≈ 260 км. Показано, что для длительной эксплуатации КА на высоте 180–260 км, возможно использование солнечной ЭРДУ и атмосферного газа в качестве рабочего вещества. В такой двигательной установке целесообразно использовать высокочастотный ионный электрореактивный двигатель (ВЧ ИД) мощностью 4,5–5 кВт. Масса ЭРДУ при указанных мощностях, с учетом массы солнечной батареи, будет не менее 90–100 кг, а минимальная масса всего КА соответственно не менее 500–600 кг.

Ключевые слова

малый космический аппарат, минимальная высота круговой орбиты, электрореактивная двигательная установка, солнечная батарея

Библиографический список

1. Ганзбург М.Ф., Кропотин С.А., Мурашко В.М., Попов А.Н., Севастьянов Н.Н., Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Сухов Ю.И. Итоги десятилетней эксплуатации электроракетных двигательных установок в составе двух телекоммуникационных космических аппаратов «Ямал-200» на геостационарной орбите // Космическая техника и технологии. 2015. № 4(11). С. 25–39.

2. Горбунов А.В., Ходненко В.П., Хромов А.В., Мурашко В.М., Корякин А.И., Жасан В.С., Грихин Г.С., Галайко В.Н., Катасонов Н.М. Система коррекции орбиты малого космического аппарата дистанционного зондирования «Канопус-В» // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2012. Т. 126. № 1. С. 19–24.

3. Ермошкин Ю.М. Области рационального применения электрореактивных двигательных установок на космических аппаратах прикладного назначения // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева. 2011. № 2(35). С. 109–113.

4. Ткачук А.В., Козубский К.Н., Румянцев А.В. Двигательная установка с плазменными двигателями для космических микроаппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 2. С. 49–54.

5. Марахтанов М.К. О коррекции орбиты космической станции и искусственного спутника Земли с помощью солнечной электроракетной двигательной установки // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 10(22). С. 11–23.

6. Канев С.В., Петухов В.Г., Попов Г.А., Хартов С.А. Прямоточный электрореактивный двигатель для компенсации аэродинамического торможения низкоорбитальных космических аппаратов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2015. № 3. С. 35–40.

7. Левантовский В.И. Механика космического полёта в элементарном изложении. – М.: Наука, 1980. – 512 с.

8. Амелин Л.А., Мовчан А.В., Муравьёв С.В., Сеник Н.А. Результаты наземных испытаний динамического макета космического аппарата «Канопус-В» № 1 // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2013. Т. 136. № 5. С. 31–34.

9. ГОСТ Р 25645.166-2004. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. – М.: Изд-во стандартов, 2004. С. 9–10.

10. Космический комплекс оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций «Канопус-В» с космическим аппаратом «Канопус-В» № 1. М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2011.– 110 с.

11. Ерофеев А.И., Никифоров А.П., Попов Г.А., Суворов М.О., Сырин С.А., Хартов С.А. Разработка воздушного прямоточного электрореактивного двигателя для компенсации аэродинамического торможения низкоорбитальных космических аппаратов // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2016. № 3(33). С. 104–110.

Скачать статью