Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
Ученые из Самарского университета имени Королева и Московского авиационного института (МАИ) создали инновационную систему, предназначенную для точного расчета параметров импульсного газового клапана. Этот клапан является одним из наиболее важных компонентов в разработке перспективных космических плазменных двигателей.
Заведующий кафедрой эксплуатации авиационной техники Самарского университета Георгий Макарьянц отметил, что в последние годы наблюдается растущая тенденция к использованию малых и сверхмалых космических аппаратов, включая наноспутники формата CubeSat, для решения различных задач на Земле и в космосе. Эффективность выполнения этих задач значительно повышается при оснащении таких аппаратов реактивными двигательными установками.
Импульсные плазменные двигатели, использующие газообразное рабочее тело, считаются одними из наиболее многообещающих направлений в развитии двигательных установок для малых спутников. Принцип их работы основан на подаче газа через специальный импульсный клапан, который открывается на определенное время. Газ поступает в разрядный канал, где при необходимом давлении происходит электрический пробой между электродами. Далее газ разогревается электрической дугой, ионизируется, превращаясь в плазму, которая затем ускоряется в сопле, генерируя тягу двигателя.
Фундаментальная роль импульсного газового клапана
Исследователи подчеркивают, что импульсный газовый клапан является одним из самых сложных и критически важных узлов такого плазменного двигателя. Его функционирование сравнимо с работой «сердца» для всей двигательной установки, поскольку от него напрямую зависит режим её работы.
«В рамках нашего исследования были детально проработаны самые различные аспекты функционирования этого клапана. Целью было обеспечение широкого диапазона параметров тяги двигателя и показателей расхода газа. В результате удалось создать систему расчета параметров как по рабочему давлению, так и по быстродействию. Эта разработка будет чрезвычайно полезна конструкторам при проектировании газовых трактов для будущих плазменных двигателей», — пояснил Георгий Макарьянц.
Разработанная система расчета параметров успешно прошла экспериментальную проверку на газовом клапане, созданном в Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института. В ходе этих экспериментов в качестве рабочего тела использовался азот.
Ожидается, что применение этих алгоритмов для расчета параметров клапана позволит создавать более экономичные и легкие космические двигатели, что имеет огромное значение для малых космических аппаратов. Это, в свою очередь, существенно продлит срок активной эксплуатации наноспутников на орбите.
Данное экспериментальное исследование было проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках всероссийского проекта «Фундаментальные проблемы разработки аэрокосмических транспортных систем и управления в аэрокосмической технике для обеспечения связанности территории РФ». Результаты исследования были опубликованы в престижном международном журнале «International Review of Aerospace Engineering».
