Skip to main content

High Power Electric propulsion: a Roadmap for the future

Article Category

Article available in the folowing languages:

Postęp prac nad nowymi rodzajami napędu w przestrzeni kosmicznej

Choć napęd chemiczny jest standardowo wykorzystywany przy badaniach kosmosu, nowa generacja misji kosmicznych wymaga nowatorskich metod napędzania statków kosmicznych. Jedną z możliwości, odkrytą przez zespół finansowanego przez UE projektu, jest napęd elektryczny o dużej mocy, który daje nadzieję na wyższą efektywność i zmniejszenie kosztów.

Technologie przemysłowe

Podczas misji kosmicznych wykorzystywane są zwykle technologie napędu chemicznego, jednak teoretycznie silniki elektryczne oferują dużo większy ciąg jednostkowy. Jest to częściowo spowodowane tym, że na skutek praktycznych ograniczeń związanych z zasilaniem w kosmosie siła ich ciągu jest faktycznie o kilka rzędów mniejsza w porównaniu do silników chemicznych. Mimo to, nowe technologie napędowe odegrają istotną rolę w doskonaleniu, zwiększaniu efektywności i zmniejszaniu kosztów przyszłych misji podejmowanych przez Europejską Agencję Kosmiczną. Zapewnią również korzyści krajowym i międzynarodowym projektom. Hiper ("High power electric propulsion: a roadmap for the future") to finansowany ze środków UE projekt, w którego realizację jest zaangażowane konsorcjum złożone z 20 partnerów z całej Europy. Zespół projektu pomógł skoordynować i skonsolidować europejskie wysiłki badawcze, mające na celu opracowanie innowacyjnego napędu elektrycznego i związanych z nim technologii prądotwórczych. Badacze na samym wstępie dokonali przeglądu wcześniejszych misji z wykorzystaniem napędu elektrycznego, aby zidentyfikować mocne i słabe strony tej technologii. W oparciu o tę analizę został określony cały wachlarz wymagań dotyczących wydajności, który został przekazany dalej, do zespołów badawczych. Zespoły te pracowały nad utworzeniem nowego, zasilanego energią słoneczną, systemu zbudowanego przy użyciu cienkowarstwowych ogniw słonecznych o dużej wydajności oraz lekkich lub elastycznych materiałów. Uczestnicy projektu Hiper pracowali również nad wstępną architekturą wykorzystania energii w napędach elektrycznych, zarówno tych zasilanych energią słoneczną, jak i jądrową. Jeden z zespołów pomyślnie zaprojektował, zbudował i poddał testom prototyp silnika o mocy 20 kW, w którym wykorzystano zjawisko Halla, uzyskując siłę ciągu rzędu 1 N. Inny zespół skoncentrował wysiłki na badaniu istniejących obecnie i na przewidywaniu przyszłych wymagań w stosunku do technologii siatkowego silnika jonowego o dużej mocy (GIE) oraz opracował i przetestował koncepcję katody wysokoprądowej dla tegoż silnika. Zajmowano się również definiowaniem najważniejszych parametrów silników magnetoplazmadynamicznych (MPD). Jednemu z zespołów udało się scharakteryzować niestabilność plazmy w silnikach MPD, zidentyfikować rozwiązania konstrukcyjne, pozwalające na kontrolowanie wspomnianej niestabilności oraz zatwierdzić główne pomysły projektów tych silników. Zbudowano i kompleksowo przetestowano dwa prototypy MPD. W końcowej fazie projektu ukończone zostały wszystkie rozpoczęte we wcześniejszych fazach działania eksperymentalne, a ich rezultaty zostały zebrane. W ramach programu Hiper przeprowadzono również analizy na potrzeby misji przeprowadzanych na Księżycu, Marsie, Jowiszu i obiektach w pobliżu Ziemi. W podsumowującym dokumencie partnerzy zawarli ogólną rekomendację dla systemów elektrycznego napędu o dużej mocy. Dokument ten nada niezbędnego pędu europejskim – i światowym – wysiłkom społeczności badań kosmicznych w kierunku wykorzystania napędu elektrycznego.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania