Российские ученые нашли решение для полетов спутников на ультранизких околоземных орбитах

Все ниже, и ниже, и ниже: ученые нашли решение для освоения ультранизких орбит

Возможность полетов спутников на ультранизких околоземных орбитах обсудили ученые факультета космических исследований МГУ совместно с Роскосмосом.

Воздушный электрореактивный двигатель ФКИ МГУ

Ультранизкие околоземные орбиты (УНОО) в диапазоне от 120 до 250 км — это область космоса, граничащая с атмосферой. У них есть ряд значительных преимуществ перед более высокими. Во-первых, они обеспечивают лучшее разрешение снимков – с той же самой оптической аппаратурой, которая используется на других высотах, можно разглядеть более мелкие предметы на Земле.

Во-вторых, если речь идет о космической связи, на УНОО можно отказаться от очень больших спутников или использования наземных ретрансляторов. Мощность сигнала со спутника, летящего на ультранизкой орбите можно будет усилить многократно, а это значит, что с орбиты можно подавать сигнал прямо на мобильные устройства потребителя.

В-третьих, на УНОО отсутствует космический мусор, а значит, в десятки раз сокращается вероятность столкновения с ним. В-четвертых, на УНОО на порядок ниже радиационный фон, и это позволяет использовать широко распространенные электронные комплектующие. И еще важно отметить, что как не странно, но самые близкие к нам слои атмосферы до сих пор оказываются наименее изученными и создание долгоживущих спутников на УНОО даст новый импульс фундаментальным знаниям о Земле.

Однако сейчас, по словам ведущего научного сотрудника ФКИ МГУ им. Ломоносова Александра Филатьева, такими на первый взгляд выгодными орбитами практически не пользуется. Дело в том, что заметная плотность воздуха на них сильно тормозит космические аппараты и современные двигатели не в состоянии длительно противодействовать этому сопротивлению, требуя очень больших запасов топлива на борту. В этом случае затраты на поддержание группировки спутников на УНОО делают такие миссии неэффективными.

Ученые Факультета космических исследований одними из первых в мире создали действующий макет воздушного электрореактивного двигателя (ВЭРД) для полетов на ультранизких орбитах. Он позволит существенно продлить срок службы аппаратов на этих высотах, вообще отказавшись от топлива, за счет использования восполняемого ресурса — самой атмосферы. 

– Космическому аппарату не понадобится запасать топливо для полета, – поясняет Александр Филатьев. – В качестве топлива он будет использовать разреженную окружающую атмосферу, а энергию брать от Солнца. Тяга получается за счет того, что окружающий атмосферный газ захватывается воздухозаборником (здесь он схож с самолетным двигателем). После этого газ попадает в специальную камеру-термализатор, где уплотняется в 100-400 раз только за счет физических особенностей течения газа и формы воздухозаборника, затем ионизируется и ускоряется в электростатическом поле до 30 — 140 км/с. За счет выбрасывания плазмы с такой скоростью получается реактивная тяга, достаточная для компенсации аэродинамического сопротивления на столь низких орбитах.

Это решение с разработкой принципиально новых двигательных установок специалисты рассматривают сейчас в качестве перспективной технологии, которая впервые в мире может быть внедрена в отечественной космической отрасли. В исследовательский проект вовлечены сотрудники трёх факультетов Московского университета (космических исследований, механико-математического и физического).