Миссия BepiColombo на Меркурий собирается запустить самые мощные ионные двигатели в космосе
Несколько космических кораблей использовали ионные двигатели, что бы добраться до места назначения, но ни один из них не был таким мощным, как двигатели на корабле BepiColombo. BepiColombo — это совместная миссия Европейского космического агенства (ESA) и Японского агенства аэрокосмических исследований (JAXA). Эта миссия была запущена 20 октября 2018 года и прошли уже недели полета. В воскресение BepiColombo впервые включил мощные ионные двигатели.
“Мы верим в двигатели, и они нас не подводят.” –Гюнтер Хасингер, директор по науке ESA.
BepiColombo — это космический корабль из трёх модулей. Это два орбитальных аппарата, Mercury Planet Orbiter (MPO), созданный ESA, и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), созданный JAXA. Третий модуль — это Mercury Transfer Module (MTM), созданный ESA. MTM является движущей частью космического корабля и содержит четыре ионных двигателя.
Когда в воскресенье BepiColombo включил свои двигатели, этому предшествовало более недели испытаний. Каждый из двигателей запускался индивидуально, контролировался и тщательно проверялся. Впервые такие ионные двигатели были запущены в космосе.
“Технология электрических движителей очень нова и чрезвычайно деликатна.” – Эльза Монтаньон, менеджер по эксплуатации космических аппаратов BepiColombo.
“то означает, что четыре двигателя BepiColombo должны были быть тщательно проверены после запуска, путем медленного включения каждого из них и тщательного контроля их функционирования и воздействия на космический корабль.”
Испытания ионных двигателей были приурочены точно к окну связи в миссии космического корабля. В этом окне BepiColombo был постоянно в поле зрения антенн на Земле, позволяя наземной команде поддерживать связь с космическим кораблем во время критических испытаний двигателя.
Это окно связи будет появляться только один раз во время миссии, и это была единственная возможность детально проверить ионные двигатели. Как только наступит середина декабря, и двигатели будут запускаться более регулярно, положение космического корабля будет таким, что антенны не будут смотреть на Землю, поэтому у операторов миссии не будет такой же связи с космическим кораблем.
“Видеть, как двигатели работают впервые в космосе, было волнующим моментом и большим облегчением.” – Паоло Ферри, руководитель операций ESA.
Первый двигатель был запущен 20 ноября, и после начального периода был полностью разогнан. Он поддерживал максимальную мощность в течение 5 часов, а затем процесс повторялся для каждого из трех других двигателей. В течение всей этой процедуры рабочие характеристики ионных двигателей тщательно отслеживались. Команда Flight Dynamics определила, что во время первых двух запусков космический корабль работал в пределах 2% от его ожидаемого значения. Анализ последних двух запусков продолжается, но, если он будет таким же, с BepiColombo всё будет в порядке.
«Впервые увидеть, как двигатели работают в космосе, было волнующим моментом и большим облегчением. Семилетний полёт BepiColombo к Меркурию будет включать в себя 22 запуска ионной тяги, и нам абсолютно необходимы хорошо работающие двигатели для этой длинной поездки », — пояснил Паоло Ферри, руководитель операций ESA. «Каждый запуск двигателя продлится в течение длительных периодов до двух месяцев, обеспечивая такое же ускорение при меньшем расходе топлива по сравнению с традиционными высокоэнергетическими химическими двигателями, которые длятся в течение нескольких минут или часов».
Первый не тестовый запуск начнется в середине декабря, направляя BepiColombo на межпланетную траекторию и оптимизируя его орбиту. После этого он дважды пролетит над Венерой, в 2020 году и 2021 году. Затем, с 2021 по 2025 год, он совершит шесть облетов самого Меркурия. В декабре 2025 года два орбитальных аппарата отделятся и будут выведены на орбиту вокруг Меркурия.
Ионные двигатели на BepiColombo — это четыре QinetiQ T6 ion thrusters. Они работают поодиночке или парами, чтобы обеспечить максимальную комбинированную тягу 290 мН (миллиньютон), что делает его самым мощным ионным двигателем в космосе. Для сравнения, NASA’s Dawn spacecraft использовался ионный двигатель Nstar, который давал всего 92 мН.
Ионные двигатели BepiColombo не только самые мощные из когда-либо использовавшихся на космическом корабле, но и с уникальными разработками. QinetiQ T6 Gridded Ion Thrusters ещё называют Solar Electric Propulsion System (SEPS). Поскольку он питается от солнечной энергии, это очень эффективная система, которая может достигать максимальной скорости при минимальном расходе топлива.
Визуально, есть что-то успокаивающее в голубом свечении ионных двигателей, особенно по сравнению с сильным воспламенением такой мощной ракеты, как Falcon Heavy от SpaceX. Это имеет смысл: ракеты, такие как Falcon Heavy, созданы для вывода тяжелых полезных грузов вдаль от сильной гравитации Земли в космос, и для этого они сжигают тонны топлива. Они взлетают со столбом огня и сопровождающего его шума. Но ионные двигатели не созданы для этого. У них другая цель..
В ионном двигателе ничего не сжигается. Они тихие. Они создают тягу, используя электричество для продвижения положительных ионов в своем топливе, в данном случае ксеноне. Ксенон не сгорает, на самом деле его нельзя сжечь. Но у ионных двигателей есть туз в рукаве. Хотя они генерируют лишь небольшое количество тяги, она накапливается в космосе. В случае BepiColombo запуски двигателя могут длиться в течение двух месяцев, и в течение этого времени корабль постоянно ускоряется
“Мы верим в двигатели, и они не подводят нас. Сейчас мы на пути к Меркурию на электромибиле,” — сказал Гюнтер Хасингер, научный директор ESA. “Это приближает нас к важному шагу к раскрытию секретов загадочной внутренней планеты и, в конечном итоге, к формированию нашей Солнечной системы.”