Skip to main content

Chemical-µPropulsion for an Efficient and Accurate Control of Satellites for Space Exploration

Article Category

Article available in the folowing languages:

Napęd dla mikrosatelitów

W celu umożliwienia mikrosatelitom udziału w misjach podobnych do większych statków kosmicznych badane są nieustannie nowe pomysły. Finansowani przez UE naukowcy pracowali nad eksperymentalną postacią napędu, mając na celu pokonanie ograniczeń dotyczących masy i mocy.

Technologie przemysłowe

Tworzenie konstelacji mikrosatelitów pociąga za sobą wymóg szerokiego zakresu możliwości manewrowych, takich jak dokładne pozycjonowanie satelitów i utrzymywanie orientacji. Brak możliwości wykonania tych operacji będzie powodował koziołkowanie satelitów na orbicie i utratę nakierowania anten na Ziemię. Chemiczny napęd konwencjonalnych rakiet i satelitów wykorzystuje paliwo stałe. Miniaturyzacja wypróbowanej i godnej zaufania techniki napędu jest kusząca. Jednakże zespół finansowanego przez UE projektu PRECISE (Chemical-µpropulsion for an efficient and accurate control of satellites for space exploration) dokonał postępu w zakresie opracowywania bardziej odpowiedniej formy napędu mikrosatelitów. Inspirację opracowanego eksperymentalnego układu stanowiły systemy mikroelektromechaniczne (MEMS). Technologia ta obejmuje tworzenie bardzo małych elementów, o wielkości mierzonej w mikrometrach. Małe rozmiary i niewielka masa elementów MEMS sprawiają, że nadają się one doskonale do układów napędowych mikrosatelitów. Partnerzy projektu PRECISE wytworzyli takie elementy w postaci krzemowych układów scalonych, bardzo podobnych do układów scalonych spotykanych w komputerach i innych urządzeniach elektronicznych. Były one łączone ze sobą, co umożliwiało upakowanie filtrów, elementów grzejnych, sterowników przepływu ciepła, zaworów sterujących przepływem oraz nadmiarowych ciśnienia w kompaktowe jednostki o wielkości nie większej niż moneta jednocentowa. Zawory w układach mikrona pędów działają na zasadzie ogrzewania parafiny w zamkniętych wnękach, a następnie wyrzuceniu jej przez dysze. Na styku układów scalonych tworzono wnęki w celu wdrożenia różnej konstrukcji mikrokatalizatorów rozkładających hydrazynę i dających w ten sposób ciąg. Na koniec wiele układów scalonych montowano jeden na drugim. Mikrochemiczne układy napędowe (µCPS) wyposażone w czujniki kontrolujące przepływ parafiny drogą regulacji mocy elementów grzejnych znajdujących się w dolnych układach scalonych zapewniały ciąg w skali od mikroniutonów do kilku miliniutonów. Przed zakończeniem realizacji projektu PRECISE zmontowano prototypowy układ µCPS. Został on ponadto poddany szeroko zakrojonym testom w pracującej w wysokiej próżni instalacji testowej ośrodka Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR). Wyniki testów wskazały na konieczność dalszych udoskonaleń eksperymentalnego układu µCPS. Niezależnie od tego, elastyczność i kompaktowe rozmiary osiągalne dzięki technologii MEMS sprawiają, że jest ona obiecującą platformą dla przyszłych projektów napędów. Opracowano szczegółowe projekty techniczne, spełniające wyśrubowane wymagania dwu statków kosmicznych, Solar Sail i InspectorSat.

Słowa kluczowe

Mikrosatelity, manewrowanie, eksploracja przestrzeni kosmicznej, systemy mikroelektromechaniczne, krzemowy układ scalony, prototyp

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania