Самарские ученые разработали и испытали эффективный топливозаправщик для спутников с ионными двигателями

Установка упростит процесс заправки и сократит сроки изготовления космических аппаратов.

Фото:

Ученые лаборатории криогенной техники Самарского университета им. Королева разработали и испытали топливозаправщик для отечественных космических спутников, оснащенных ионными двигателями. Такие двигатели используются на малых космических аппаратах для корректировки или изменения орбиты, для управления ориентацией и положением в пространстве. Установка, заправляющая спутники ксеноном, разработана совместно с научно-производственным центром "Самара" по заказу Ракетно-космического центра "Прогресс". Работы по ее созданию велись с осени 2022 года.

Самарская разработка позволит упростить и удешевить процесс заправки так называемых шар-баллонов (топливных баков космических аппаратов), а также обеспечит более высокий уровень чистоты закачиваемого ксенона и сможет в процессе заправки точно определять, сколько космического топлива уже закачано. В целом данная "ксенон-заправка" поможет сократить сроки изготовления и передачи заказчикам готовых спутников.

"Разработанная установка обеспечит заправку космических аппаратов на заключительном этапе их производства в РКЦ "Прогресс" и позволит упростить технологический процесс изготовления спутников. Сейчас в отечественной космической отрасли применяются в основном заправочные агрегаты, которые требуют снятия шар-баллонов с космического аппарата перед заправкой. Баллоны демонтируются с уже собранных и прошедших испытания спутников, транспортируются в стороннюю организацию, отвечающую за заправку ксеноном, а затем заправленными возвращаются на предприятие и вновь устанавливаются на космический аппарат. Наша же установка позволяет заправлять шар-баллон, не снимая его со спутника. Это упрощает и ускоряет в десятки раз процесс заправки, то есть тем самым будут снижены затраты материальных средств и времени, а также общие сроки сдачи космического аппарата заказчику", - рассказал руководитель проекта профессор Дмитрий Угланов, ведущий научный сотрудник Научно-образовательного центра газодинамических исследований (НОЦ ГДИ) Самарского университета им. Королева.

При заправке традиционным способом шар-баллон снимают со спутника прежде всего для точной дозировки закачиваемого ксенона - во время заправки демонтированный "ксенон-бак" стоит на весах с высокой точностью измерения, определяющих массу газа. Если шар-баллон не снимать и взвешивать на весах целиком весь космический аппарат (а некоторые спутники весят сотни килограммов), то масса закачиваемого ксенона будет измерена неточно - это примерно как, взвешивая мешок картошки, пытаться одновременно отмерить на тех же весах несколько граммов пряностей. А космос неточностей не терпит - стоит только перекачать лишнего ксенона или, наоборот, недокачать, - это обязательно отразится на дальнейшей судьбе спутника: малейший перевес или недовес сместит центр масс космического аппарата, что повлияет как на процесс запуска на орбиту, так и на поведение спутника в процессе эксплуатации. Кроме того, недостаточно заправленный шар-баллон не позволит ионному двигателю полностью отработать на орбите поставленные задачи - просто ксенона не хватит.

По словам Дмитрия Угланова, в установке, разработанной в Самарском университете, применено особое конструктивное решение, позволяющее измерять массу закачиваемого ксенона непосредственно во время прохождения газа в основном тракте системы установки заправки за счет измерительной платформы и использования специально разработанной эмпирической методики определения массы поступающего ксенона в шар-баллон с использованием измерительного комплекса, включающего датчики давления и температуры.

"При проектировании установки заправки ксенона было разработано и запатентовано конструктивное решение с использованием мембранного компрессора, являющегося "сердцем" всей установки. Мембранный компрессор снижает время заправки и обеспечивает контроль массы и высокий уровень чистоты закачиваемого ксенона", - отметил руководитель проекта.

Сам процесс заправки проходит следующим образом: установка через гибкий трубопровод стыкуется с заправляемым спутником. Внутренние полости установки продуваются инертным газом, очищая их от воздуха и других примесей, после чего внутри установки создается вакуум. Далее внутренний тракт установки заполняется ксеноном, проверяется уровень чистоты ксенона, затем газ начинает поступать в шар-баллон спутника. За один цикл установка способна перекачать до 50 кг ксенона вне зависимости от количества заправляемых баллонов. Температура ксенона на выходе из установки не должна превышать 40°С, поэтому после прохождения мембранного компрессора газ охлаждают. При достижении заданной массы топлива процесс заправки останавливается, и вновь берутся пробы на чистоту - уже из заполненного шар-баллона.

"Конструкция установки позволяет перекачивать ксенон особой чистоты - 99,9999%. Высокий уровень чистоты ксенона очень важен для стабильной и качественной работы ионных двигателей - различные примеси других газов (например, кислорода, аргона, криптона) значительно снижают рабочие характеристики и ресурс двигателей такого типа, двигатель даже может выйти из строя", - подчеркнул Сергей Корнеев, младший научный сотрудник НОЦ ГДИ.

По словам разработчиков, созданная установка может заправлять ксеноном самые различные российские спутники, но ее концепция предусматривает возможность заправки любых космических аппаратов, использующих в качестве рабочего тела ксенон или другие инертные газы, поэтому в будущем такую установку вполне можно будет применять и для заправки космических кораблей с плазменными двигателями.

Подобные установки для заправки ксеноном разработаны и за рубежом, их используют и в НАСА, и в Европейском космическом агентстве, но, как отмечают самарские ученые, у зарубежных установок несколько другая конструкция, основанная на ином принципе работы, более сложном и энергоемком, а также требующем больше времени на заправку. Так что можно сказать, что самарская установка уникальна и на международном уровне.

"Установка успешно прошла заводские испытания, в ходе которых отрабатывались самые разные режимы и ситуации, как штатные, так и нештатные. Испытания показали соответствие установки всем требуемым рабочим параметрам. В настоящее время установка передается в РКЦ "Прогресс" для проведения автономных испытаний. Ожидается, что штатные заправки космических аппаратов с помощью нашей установки могут начаться с августа-сентября этого года", - подытожил Дмитрий Угланов.

Последние комментарии

Владимир Герасимов 13 августа 2018 15:44 РКЦ "Прогресс" возобновит работы над созданием самолета "Рысачок"

Для выполнения авиасельхозработ необходим поршневой двигатель как наиболее приёмистый по сравнению с газотурбинным. Если конструкторы с "Прогресса" посмотрят самолёт Копейкина , который заменил двигатель М601 на поршневой отечественный двигатель М-14 на крыле от Л-410, то вариант "Рысачка" с М-14 будет отвечать политике импортозамещения.

Евгения Степанова 21 февраля 2018 13:26 Игорь Комаров назвал анекдотом слухи об объединении РКЦ "Прогресс" с другими предприятиями отрасли

Врать не хорошо. Никто никого не заставлял. И ничем не угрожали. Подписи ставят по собственному желанию.

Виктор Морозов 20 февраля 2018 17:42 Игорь Комаров назвал анекдотом слухи об объединении РКЦ "Прогресс" с другими предприятиями отрасли

я работаю на прогрессе и знаю какой там беспредел. вот только сегодня 20.02.18 г. приходили во все цеха и заставляли подписать бумагу в поддержку Кирилина. кто отказывался грозили сокращением или лишением премии. В заводе одни коррупционеры начиная с мастера и выше. как захотят так и зарплату закроют. блатным много не блатным кукиш!!!! а вы говорите что деньги начальство тырит. ВАГОНАМИ!!!!! Кидайте тапками. я сказал не всю правду.

Art Markin 20 февраля 2018 16:59 Врио гендиректора РКЦ "Прогресс" может быть назначен Равиль Ахметов

Ему ж скоро 70. А по фотке не скажешь....

Павел Фирсов 03 ноября 2015 16:54 Американская ракета Antares потерпела крушение из-за взрыва в турбонасосе модифицированного двигателя НК-33

"В отчете говорится, что взрыв произошел в турбонасосе для жидкого водорода E15, вследствие чего был поврежден ракетный двигатель." Эту фразу перепечатали все агентства. Вопрос знатокам: откуда в кислород-керосиновом двигателе "турбонасос для жидкого водорода Е15"? Или это скрытая от общественности доработка Aerojet Rocketdyne?

Фото на сайте

Все фотогалереи

Новости раздела

Все новости
Архив
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
26 27 28 29 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31