Исследователи WVU исследуют альтернативные источники космических двигательных установок

Аспирант Университета Западной Вирджинии Рипу Сингх Нирван и Томас Стейнбергер, доцент-исследователь Колледжа искусств и наук WVU Эберли, выполняют первоначальную настройку нового импульсного наносекундного лазера, который сыграет роль в финансируемом НАСА проекте по тестированию альтернативы. источники топлива для космических двигательных установок. (Фото WVU/Натаниэль Годвин)

Спутники и космические корабли работают вхолостую из-за нехватки традиционного топлива во всем мире. В ответ два исследователя из Университета Западной Вирджинии ищут альтернативные способы питания двигателей, которые удерживают спутники на орбите и потенциально могут управлять кораблями дальнего космоса.

Эрл Скайм, профессор физики и астрономии Олега Ефименко, и Томас Стейнбергер, доцент-исследователь из Колледжа искусств и наук WVU Эберли, получили грант в размере 748 000 долларов США в рамках установленной программы НАСА по стимулированию конкурентных исследований по изучению двигательных систем. которые не полагаются на традиционные источники топлива.

EPSCoR призывает такие штаты, как Западная Вирджиния, искать федеральное финансирование для развития инфраструктуры, которая сделает их конкурентоспособными для будущего финансирования. Сайм сказал, что он и Стейнбергер пользуются этой возможностью, чтобы заложить основу для проведения экспериментов с плазменными двигателями. Плазменные двигатели используются для удержания спутников на орбите по правильному пути, изменения орбиты и корректировки положения космического корабля.

Много лет назад двигатели космических кораблей работали на гидразине — токсичном и легковоспламеняющемся топливе. Теперь большинство из них оснащены плазменным двигателем, в котором используется ксенон, инертный газ, добываемый из атмосферы Земли.

«Это дорогостоящий процесс», — сказал Сайм. «Обычно его получают как побочный продукт производства стали, а один из крупнейших в мире перегонных заводов по производству ксенона находится в Мариуполе, Украина, и он был разрушен. Большая часть мировых запасов ксенона иссякла, и его очень не хватает».

Альтернативой ксенону является криптон, но его тоже трудно найти, поскольку он тоже производится в Украине. Кроме того, большую долю на открытом рынке купила компания SpaceX для своих спутников Starlink. Поскольку криптона стало мало, Starlink перешел на аргон.

«Зависимость от редких благородных газов для движения космических кораблей стала настоящей проблемой», — сказал Сайм.

С этой целью он и Стейнбергер изучают йод, который бывает в твердой форме, в качестве альтернативного топлива.

«У него есть несколько огромных преимуществ», — сказал Стейнбергер. «Вы можете упаковать его в небольшой объем в космическом корабле. Вам не нужны резервуары высокого давления или обработка газа. Несколько лет назад мы заинтересовались йодом, получили от ВВС США аппаратуру для изготовления йодной плазмы и разработали диагностику для измерения потока ионов йода. Теперь мы смотрим на следующий шаг».

Команда Сайма стала пионером в лазерной спектроскопии йодной плазмы и разработала первый в мире способ измерения скорости ионизированного йода, выходящего из двигателя.

«Мы предложили НАСА протестировать здесь двигатели на основе йода, используя наши лазерные методы, чтобы люди могли лучше оценить характеристики йодных двигателей», — сказал он.

Поскольку йод является грязным и может вызвать проблемы с дыханием в больших испытательных камерах, Скайм и Стейнбергер собираются построить меньшую и более простую камеру для разработки и совершенствования технологии диагностики ионных двигателей, которую затем можно будет перенести на более крупные объекты.

Хотя команда находится на ранних этапах трехлетнего проекта, они планируют сыграть роль в разработке способов измерения эффективности работы двигателя.

«Мы создаем двигатели на основе йода», — сказал Сайм. «Итак, через 20 лет мы ожидаем увидеть множество йодных двигательных установок на спутниках и, возможно, даже в длительных миссиях на Марс. Надеюсь, мы увидим широкое распространение таких двигателей. И мы будем частью процесса, чтобы заставить их работать хорошо».

Ни одна другая группа не проводит лазерную спектроскопию ионизированного йода, хотя многие проводят исследования, основанные на работах Скайма и Стейнбергера.