Pędniki jonowe średniej mocy wkraczają na nowy poziom
Aby dotrzymać kroku zmieniającym się wymaganiom związanym z wdrażaniem dużych satelitów nowej generacji, Europa podejmuje wysiłki, aby zapewnić swojemu przemysłowi kosmicznemu wysoce konkurencyjne i niezawodne rozwiązania napędowe. Finansowany ze środków UE projekt CHEOPS MEDIUM POWER skupia się na opracowaniu układu napędu jonowego średniej mocy (EPS) wykorzystującego technologię pędnika Halla, który ma zrewolucjonizować sposób napędzania statków kosmicznych.
Podnoszenie standardów wydajności
Konsorcjum pod przewodnictwem firmy Safran Spacecraft Propulsion dąży do osiągnięcia poziomu gotowości technologicznej (TRL) 6/7 dla dwufunkcyjnego układu EPS średniej mocy. „Nasze działania obejmują doskonalenie systemu, aby mógł pracować wydajnie zarówno w trybie wysokiego ciągu do wznoszenia na orbitę, jak i w trybie wysokiego impulsu do utrzymywania stacji na orbicie, przy jednoczesnym zapewnieniu niskiego zużycia paliwa oraz kompatybilności zarówno z ksenonowymi, jak i kryptonowymi materiałami pędnymi” — zauważa koordynatorka projektu Vanessa Vial. Partnerzy projektu dążą również do zmniejszenia całkowitych kosztów układu EPS o 30% dla satelitów na geostacjonarnej orbicie okołoziemskiej i konfiguracji nawigacyjnych. Wykorzystują swoje bogate doświadczenie, aby skupić się na optymalizacji kosztów projektowania, usprawnianiu procesów produkcyjnych i zwiększaniu funkcjonalności systemów/podsystemów. Ostatnim aspektem projektu jest dążenie do ulepszenia podejść diagnostycznych w testach naziemnych i potencjalnych zastosowań w kosmosie, aby zapewnić lepsze zrozumienie wpływu warunków naziemnych na wydajność systemu.
Ulepszenia systemu
Aby osiągnąć swoje cele, partnerzy projektu koncentrują się na stopniowym rozwoju na poziomie systemów i podsystemów. „Powinno to zwiększyć dojrzałość technologiczną niektórych kluczowych komponentów, a mianowicie modułu pędnika, modułu przetwarzania mocy i systemu zarządzania płynami, podnosząc je do poziomu TRL6/7 do 2024 roku” — stwierdza Vial. Wysiłki mające na celu optymalizację modułu przetwarzania mocy obejmują usprawnienie jego funkcji i wybór tańszych, ale równie niezawodnych komponentów. System zarządzania płynami wykorzysta gotowe produkty komercyjne, które kwalifikują się do użytku w przestrzeni kosmicznej, dzięki czemu można mieć pewność, że mogą obsługiwać zmienną liczbę silników na satelitę. Co więcej, moduł pędnika będzie obsługiwać różne misje w docelowym segmencie rynku, co znacznie zmniejszy konieczność opracowywania nowych produktów przy każdej misji.
Działania w ramach projektu
Projekt rozpoczął się od zaprojektowania elastycznego sprzętu, który można dostosować nie tylko do architektury referencyjnej, ale także do różnych misji. Wymagało to szczegółowej analizy niezawodności, a także obliczeń równowagi między zapotrzebowaniem na moc, stosunkiem mocy do ciągu i kompromisami w zakresie wydajności niezbędnymi do optymalizacji zarówno wznoszenia na orbitę, jak i utrzymywania pozycji na orbicie. Druga faza skupiła się na dopracowaniu specyfikacji technicznych dla układów EPS średniej mocy. W tym celu uwzględniono informacje zwrotne od dużych integratorów systemów, aby zwiększyć zarówno możliwości wznoszenia na orbitę, jak i utrzymywania pozycji na niej. Równoległy rozwój nieinwazyjnej diagnostyki umożliwił wgląd w wydajność i dynamikę wewnętrzną pędnika, co ujawniło złożone oscylacje i „struktury szprychowe” powstające w określonych warunkach. Opracowanie oprogramowania Club Design i kodu EP2PLUS-2 ułatwiło odpowiednio analizę kosztów i dokładne symulacje plazmy.
Osiąganie nowych kamieni milowych w dziedzinie silników elektrycznych średniej mocy
Projekt CHEOPS MEDIUM POWER wykorzystuje osiągnięcia początkowej fazy, aby zwiększać konkurencyjność europejskiego przemysłu kosmicznego. „Naszą ambicją jest wprowadzenie na całym świecie układów EPS, które oferują wysoki ciąg i wysoki impuls właściwy, a jednocześnie mogą pochwalić się zwiększoną żywotnością. Ta innowacyjna konstrukcja układów EPS powinna zaspokoić potrzeby zarówno tradycyjnych rynków — telekomunikacji i nawigacji — jak i sektorów wschodzących” — wyjaśnia Vial. Projekt CHEOPS MEDIUM POWER odpowiada również na przyszłe potrzeby rynku, dążąc do obniżenia zarówno jednorazowych, jak i stałych kosztów projektowania, produkcji, testowania, kwalifikowania i czasu dostawy. „Staramy się usprawnić procesy produkcyjne, aby osiągnąć krótsze cykle wytwarzania, lepszą jakość, produkcję bardziej zgodną z koncepcją lean, krótsze czasy realizacji montażu i lepsze zarządzanie tolerancjami. Ostatecznie dążymy do fundamentalnego przekształcenia praktyk projektowych i produkcyjnych w perspektywie długoterminowej, zwiększając w ten sposób ładunek użyteczny i generowane przychody” — podsumowuje Vial.
Słowa kluczowe
CHEOPS MEDIUM POWER, wznoszenie na orbitę, utrzymywanie pozycji na orbicie, pędnik jonowy średniej mocy, układ napędu jonowego, pędnik Halla, Safran Spacecraft Propulsion