06 декември 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Българин участва в разработването на иновативна система, която полетя в космоса

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 22 ноември 2021 в 00:01 78621
Йодна електрическа задвижваща система за сателити, работеща във вакуумна камера. Кредит: ThrustMe

Българинът Пламен Пройнов - водещ инженер по електроника в ThrustMe - помогна за разработването на първата в света задвижваща система на йод.

Йодът може един ден да се използва да задвижи и позиционира съзвездия от минисателити след първия тест на базиран на йод двигател в космоса, съобщава статия, публикувана наскоро в списание Nature.

Обикалящите около Земята спътници използват електричество за йонизиране и изтласквайки частици ксенон отиват там, където трябва. Макар ксеноновите атоми да се йонизират лесно и да са достатъчно тежки, за да създадат тяга, този газ е рядък и скъп, да не говорим, че е труден за съхранение.

Благодарение на новите изследвания вече се появи алтернатива на ксенона - йодът.

"Предимствата на йодния двигател посочени в статията - сравнително ниска цена, лесно съхранение, транспортиране и зареждане на горивото са от съществено значение за микро и наносатели, подобни на сателитите на българската компания Endurosat или сателитите Starlink на SpaceX", обяснява за НаукаOFFNews Пламен Пройнов.

В момента обикаля около нашата планета уникален космически кораб на йодно гориво, което използва за маневриране в космоса.

Космическият кораб, изстрелян през 2020 г., е вид миниатюрен спътник, наречен CubeSat, с тегло около 20 килограма и е първият спътник, който използва йод за преобразуване на електрическата енергия в йонно задвижване.

"Подобни двигатели освен че служат за достигне и поддържане на желана орбита, двигателите помагат и за избягване на сблъсък с други сателити и космически отломки от нефункциониращи сателити (наскоро имаше опасност от инцидент с МКС), в края на планирания живот двигателите деорбитират сателита до по-ниска орбита, където той може да изгори в атмосферата", обяснява Пламен Пройнов.

Твърдият йод (по-тъмнозелена област) се намира в резервоар преди тръбата за плазма (в синьо). Нагряването причинява сублимация и газ с ниско налягане (по-светлозелена област) навлиза в тръбата на източника (зелена стрелка). Плазмата (лилава област) се създава от RF антена, а йодните йони (I+, I 2 + и I 2 +) се ускоряват през набор от решетки. Катодът излъчва електрони (e−), за да неутрализира йонния лъч. Отработената топлина се отвежда към резервоара за йод и структурната рамка (плътни сини стрелки) или се отделя (сини пунктирани стрелки). Кредит: Rafalskyi et al., Nature, 2021

В продължение на около 20 години изследователи са проучвали използването на йод като алтернативно гориво. Йодът е много по-достъпен и по-евтин от ксенона и има три пъти по-голяма плътност от ксенона, дори когато газът е под налягане. Освен това, тъй като йодът е твърдо вещество при стайна температура, той не представлява риск от експлозия или се нуждае от тежки резервоари за съхранение под високо налягане, което обещава по-прости и миниатюрни системи на основата на йод.

Досега обаче йодът бе тестван само на земята поради различни инженерни предизвикателства. Едното е, че корозира контейнерите, в които се съхранява. Друго е, че твърдият йод трябва първо да бъде сублимиран в суровата среда на космоса, за да произведе необходимия газ за горивото. Той също така има по-сложна плазмена химия от ксенона и много от неговите физически свойства не са добре проучени.

И други компании са разработвали подобни системи, но ThrustMe са първите, които решават инженерните предизвикателства при използването на това трудно за боравене гориво и са го тествали в космоса.

Кредит: Rafalskyi et al., Nature, 2021

Електрическият двигател на ThrustMe работи, като първо превръща твърдия йод в газ, нагрявайки го само с 1 ват мощност. След това газът се влива в камера, където се бомбардира от електрони, които се произвеждат, когато се приложи ток към радиочестотна антена. Полученото електромагнитно поле ускорява електроните, така че при сблъсък с йодна газова молекула се получават два електрона и положително зареден йоден йон, създавайки плазма.

След това положителните йони се извличат от плазмата и се ускоряват до много високи скорости към соплото и това създава тяга. За да се предотврати придобиването на заряд на задвижващата система и космическия кораб, излишните електрони се изхвърлят в изгорелите газове.

ThrustMe извежда своята система в орбита като част от китайски спътник за проследяване на самолети през ноември 2020 г. Тя успешно я изстрелва за първи път в края на декември 2020 г., което е последвано от още няколко пробни старта през следващите месеци. Задвижващата система работи нормално.

„Очаквам, че това ще окаже голямо влияние върху индустрията на малките сателити. Доставчиците винаги търсят технологии като тези, които могат да бъдат икономични и безопасни за техните космически кораби“, коментира Бенджамин Йорнс (Benjamin Jorns), който разработва електрическо задвижване в Университета на Мичиган. "Като се вземе предвид всичко това, едно от интересните предизвикателства в близко бъдеще ще бъде да се види дали показателите за производителност от система с ниска мощност като тази ще бъдат достатъчно високи, за да задоволят изискванията към мисията за доставчиците на космически кораби."

Йодна електрическа задвижваща система за сателити, работеща във вакуумна камера.
Кредит: ThrustMe

„Публикуването на тези исторически резултати е важно не само за ThrustMe, но и за космическата индустрия като цяло“, казва изпълнителният директор и съосновател на ThrustMe Ане Анесланд.

„Това, че нашите резултати са рецензирани от партньори и са публично достъпни, осигурява на общността допълнителна увереност и помага да се създаде еталон в индустрията.“

ТТhrustMe е стартъп компания, разработваща космически двигатели базирани на студен газ (cold gas thrusters) и плазма (gridded ion thrusters). Намира се във Франция, но екипът е международен. Съставен е от висококвалифицирани специалисти и стажанти от 9 различни националности с различни области на образование. За стаж в ТhtrustMe могат да кандидатстват и студенти от България, които имат отлични академични резултати в релевантни области като аерокосмическо инженерство, химия, физика, механика и електроника и се интересуват от приложение техните умения в разработването на космически технологии.

Пламен Пройнов е завършил магистратура по автоматизация в ТУ Варна и докторантура в областта на електрониката и микроенергийните източници в Бристол. В ThrustMe работи от началото на 2018 г. като водещ инженер по електроника и отговаря за проектирането и разработването на електронните системи на двигателите.

"Тези системи осигуряват условията за правилното функциониране на двигателя - контрол на притока на гориво, създаване и поддържане на плазма, генериране на тяга и неутрализиране на заряда. Предизвикателствата пред проектирането на такива електронни системи са свързани както с работа в неблогапориятната космическа среда, за която са характерни висока радиация, вакуум и голям диапазон на температурни изменения, така и със специфичните изисквания за генериране на плазма", пояснява Пламен Пройнов за НаукаOFFNews.

Справка: Dmytro Rafalskyi, Javier Martínez Martínez, Lui Habl, Elena Zorzoli Rossi, Plamen Proynov, Antoine Boré, Thomas Baret, Antoine Poyet, Trevor Lafleur, Stanislav Dudin & Ane Aanesland . In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system. Nature 599, 411–415 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04015-y

Източници: 

New Electric Propulsion Engine For Spacecraft Test-Fired in Orbit For First Time, Science Alert

Iodine ion drive propels satellite in space for the first time, Chemistry World


Препоръчани материали
+ 2
- 5
Йод или Риванол - така или иначе става дума за Гориво което се изхвърля в Космоса, тоест, се ИЗЧЕРПВА. За разлика от Имплозионният Двигател, при който имаме безкраен цикъл на Детонации и Имплозии на Стехиометрична Кислород-Водородна (SOH) Газова Композиция. След Детонация SOH имплодира и рекуперира изцяло обратно във Вода, при което се генерира задвижващ тласък в линеарен тръбен генератор вътре в кораба, без дори една Молекула да бъде изхвърлена в Космоса. Освен че генерира Тласъци за Придвижване, Маневриране и Спиране на Кораба, ИД произвежда Ел.Ток, Топлина, Изкуствена Гравитация и Магнитно Поле за защита от Космическа Радиация. - https://spaceship.alle.bg .
 
Още от : Новини
Какво е социална екология?
03 декември 2021 в 12:45
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.