|
Японское аэрокосмическое агентство (JAXA) сообщило, что низкоорбитальный спутник Цубамэ (Tsubame) был занесён в Книгу рекордов Гиннеса, как совершивший полёт и наблюдения за Землей на сверхнизкой орбите с высотой в 167,4 километра. Одной из важных особенностей космического аппарата является использование ионного ракетного двигателя в необычном режиме работы.
По сообщению агентства, на сегодняшний день ни один другой спутник не совершал облёт планеты на меньшей высоте. Чем ниже высота полёта, тем детальнее космическому аппарату удается выполнять наблюдения и съёмку, однако на высоте ниже трёхсот километров возрастает сопротивление верхних слоёв земной атмосферы и повышается вероятность схода аппарата с орбиты.
Экспериментальный космический аппарат Цубамэ, что в переводе означает "ласточка", был запущен в декабре 2017 года ракетой-носителем H-2A. Цубамэ был построен фирмой Mitsubishi Electric Corp., на нём установлен ионный двигатель. В апреле этого года он достиг орбиты с высотой в 271 километр, а затем снизился до 167,4 километра и сумел удерживать эту высоту полёта в течение семи дней, после чего его эксплуатация была завершена.
Использование таких орбит для съёмки Земли позволяет устанавливать камеры меньшего размера и получать при этом изображения такого же качества, что и от более мощных камер на космических аппаратах, находящихся на более высоких орбитах.
Наблюдения на сверхнизкой орбите требуют двигателей с малой тягой, но хорошей топливной экономичностью. Из многих космических двигателей ионный двигатель является наиболее подходящим. В качестве топлива для ионного двигателя используется газ ксенон.
Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.
Ионный двигатель IES
Для поддержания орбиты "Цубамэ" был выбран один из видов электрических ракетных двигателей - ионный двигатель Кауфмана.
Тяга двигателя 10-28 мН, импульс 2000 с. Электрическая мощность двигателя 370 Вт при тяге 10 мН. В качестве рабочего тела используется 10 кг ксенона. Масса всех блоков составляет 43 кг.
IES состоит из:
- - управляющего блока PMU (Propellant Management Unit), подающего рабочее тело (ксенон) в двигатель;
- - блока контроля мощности PPCU (Power Processing Control Unit), управляющего электрической мощностью в соответствии с программой полёта; в состав блока входит контроллер ионного двигателя.
Блок PMU был взят от двигателя "Кику-8" практически без изменений. Ксенон, используемый в качестве рабочего тела, хранится в трёх баках под давлением 7 МПа.
Блок PPCU был разработан компанией MELCO при участии JAXA. Блок состоит из семи блоков питания двигателя, дополнительного электро-преобразователя и электрических и информационных интерфейсов. Кроме этого он включает генератор ионов, аналогичный используемому в "Кику-8", который имеет заявленный срок службы 16 000 часов при тяге 20 мН. Важным отличием от двигателя "Кику-8" является отличие входных характеристик электропитания. Бортовой источник электропитания "Цубамэ" подаёт на блок PPCU от 24 до 32 вольт, в то время как двигатель Кику-8 получал 100 вольт. PPCU преобразует и выдаёт бортовым системам электропитание в диапазоне напряжения от 15 В до 1100 В, силы тока от 0,01 А до 5,5 А, мощности от 1,5 Вт до 660 Вт.
Другим важным отличием является принципиальное изменение режима работы двигателя: для компенсации сопротивления атмосферы на сверхнизкой орбите ионный двигатель должен регулярно включаться на короткий промежуток времени, что является нехарактерным для данного типа двигателей. Команда на включение и выключение двигателя формируется PPCU автономно, без участия наземного центра управления полётом. Для выбора параметров работы двигателя блок управления руководствуется данными GPS. Такая схема управления объясняется малой длительностью контакта с наземной станцией управления из-за большой угловой скорости спутника на сверхнизкой орбите.
|