Mały silnik dla uwalniania małych satelitów
Naukowcy pracujący nad projektem L-μPPT (Innovative liquid micro pulsed plasma thruster system for nanosatellites) opracowali prototyp miniaturowego silnika dla zwiększenia możliwości nowego rodzaju małych satelitów - CubeSat. Nowy system napędowy pozwoli tym nanosatelitom na branie udziału w misjach o większej różnorodności. Satelity CubeSat mają wymiary kostki o objętości 10 cm3, przez co stawiają największe wymagania, jeśli chodzi o masę. Wyposażenie nanosatelitów w system napędowy jest zadaniem bardzo ambitnym. Jednakże korzyści z takiego systemu napędowego, w postaci możliwości zmiany orbity, a nawet lotu do odległych celów obecnie wymagających większych jednostek, zdecydowanie rekompensują wzrost złożoności i kosztów systemu. Za najodpowiedniejszą opcję dla nanosatelitów uznano pulsacyjny silnik plazmowy (PPT) ze względu na jego niezawodność i niską masę. PPT działa na zasadzie szeregu impulsów. Każdy impuls to wyrzucona plazma, która powstaje w poprzek paliwa, zazwyczaj Teflonu. Iskra powoduje oderwanie metalu od elektrod, a pola elektromagnetyczne przyspieszają oderwaną masę i wyrzucają z dysz, generując odrzut. Zespół projektu L-μPPT zastąpił bloki z Teflonu nietoksycznym paliwem ciekłym, co pozwala na dokładne kontrolowanie ilości wprowadzanego paliwa. Przeanalizowano mechanizmy fizyczne zachodzące w PPT, aby określić sprawność konwersji energii przechowywanej w kondensatorze na energię przyspieszonej plazmy. Zrozumienie tego aspektu miało kluczowe znaczenie dla konstrukcji sprawnego prototypu o masie 0,33 kg i wysokości 33 mm. Pierwszy prototyp zbudowano przy pomocy sprawdzonych i niedrogich technologii zaadaptowanych z układów scalonych. Uczestnicy projektu L-μPPT przeprowadzili liczne próby w komorze próżniowej, aby sprawdzić docelowy impuls o sile 100 N na sekundę oraz kontrolowanie wysokości na 3 osiach. System L-μPPT jest jednym z pierwszych układów napędowych umożliwiających pełną kontrolę osiową w nanosatelitach. Otworzy on też nowe możliwości w zakresie misji satelitów CubeSat, w tym obejmujących spotkanie i dokowanie na orbicie. Doświadczenia zgromadzone podczas prac nad nowym ciekłym μ-PPT w satelitach CubeSat mogą zostać przeskalowane do większych misji i stanowić będą tanie i lekkie rozwiązanie dla przyszłych przedsięwzięć.
Słowa kluczowe
Pulsacyjny silnik plazmowy, nanosatelity, Cubesat, system napędowy, Teflon
