Усовершенствованная электрическая двигательная система
Advanced Electric Propulsion System ( AEPS ) — это солнечная электрическая двигательная установка для космических кораблей, которая проектируется, разрабатывается и тестируется НАСА и Aerojet Rocketdyne для крупномасштабных научных миссий и транспортировки грузов. [ 1 ] Первым применением AEPS является приведение в движение силового и двигательного элемента (СИЗ) Лунных ворот . [ 1 ] будет запущен не ранее 2027 года. [ 2 ] Модуль СИЗ построен компанией Maxar Space Systems в Пало-Альто, Калифорния. Два идентичных двигателя AEPS будут потреблять 25 кВт, вырабатываемые выдвижной солнечной батареей (ROSA), которая может производить более 60 кВт мощности. [ 1 ]
Силовой и двигательный элемент (СИЗ) Лунного шлюза будет иметь массу 8-9 тонн и способен генерировать мощность 50 кВт. [ 3 ] солнечной электроэнергии для двигателей на эффекте Холла для обеспечения маневренности, которая может поддерживаться химическими монотопливными двигателями для маневров ориентации с большой тягой. [ 4 ]
Обзор
[ редактировать ]Было показано, что солнечно-электрическая двигательная установка надежна и эффективна и позволяет значительно уменьшить массу космических кораблей. Мощная солнечная электрическая двигательная установка является ключевой технологией, которая получила приоритет из-за ее значительных преимуществ в исследованиях окололунного пространства и пилотируемых миссий на Марс. [ 1 ]
Система двигателей AEPS Hall изначально разрабатывалась с 2015 года Исследовательским центром Гленна НАСА и Лабораторией реактивного движения для использования в ныне отмененной миссии по перенаправлению астероидов . Работа над двигателем не прекратилась после отмены миссии в апреле 2017 года, поскольку такие двигатели необходимы для ряда НАСА, оборонных и коммерческих миссий в глубоком космосе. [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] С мая 2016 года [ 7 ] Дальнейшая работа над AEPS была передана компании Aerojet Rocketdyne , которая в настоящее время разрабатывает и тестирует аппаратное обеспечение инженерной модели. [ 1 ] Это контракт на сумму 65 миллионов долларов, согласно которому компания Aerojet Rocketdyne разработала, аттестовала и поставит пять подсистем двигателей Холла мощностью 12,5 кВт, включая двигатели, PPU и ксеноновые контроллеры потока. [ 8 ]
Дизайн
[ редактировать ]| АЭПС | Производительность [ 9 ] |
|---|---|
| Макс. энергопотребление | 40 кВт |
| Макс. рабочий ток | ≤ 25 А |
| Напряжение | Вход: 95 В – 140 В Output: 300 V – 600 V |
| Макс. удельный импульс ( I sp ) | 2900 с |
| Макс. толкать | 600 мН /двигатель |
| Теоретическая общая тяга | 2,356 Н |
| Фактическая тяга при 40 кВт | 1,77 Н |
| Диапазон расстояний от Солнца | От 0,8 до 1,7 а.е. |
| Масса системы | 100 кг × 4 двигателя |
| Ксеноновая пороховая масса (Лунные врата) |
5000 кг |
AEPS основан на разрабатываемой модели двигателя мощностью 12,5 кВт под названием «Ракета на эффекте Холла с магнитным экраном» (HERMeS). В солнечном электродвигателе AEPS используется двигатель на эффекте Холла , в котором топливо ионизируется и ускоряется электрическим полем для создания тяги . Для выработки 12,5 кВт на двигателе фактически требуется в общей сложности 13,3 кВт, включая мощность, необходимую для управляющей электроники. Четырем идентичным двигателям AEPS (подруливающее устройство и управляющая электроника) теоретически потребуется 4 × 13,3 кВт = 53,2 кВт, что больше, чем 50 кВт, вырабатываемые солнечными панелями СИЗ. [ 1 ] Утверждается, что установка AEPS предназначена для использования только 40 кВт из 50 кВт, поэтому максимальная тяга будет ограничена примерно Н. 1,77
В 2017 году инженерный образец проходит различные виброиспытания, динамические испытания двигателя и тепловые условия. [ 1 ] Ожидается, что к концу контракта AEPS накопит около 5000 часов, и целью проекта является создание летной модели, период полураспада которой составит не менее 23 000 часов. [ 1 ] и полный срок службы около 50 000 часов. [ 6 ]
Тремя основными компонентами маршевого двигателя AEPS являются: подруливающее устройство на эффекте Холла, силовой процессор (PPU) и контроллер потока ксенона (XFC). Подруливающие устройства имеют дросселирование в диапазоне входной мощности 6,67–40 кВт при входном напряжении от 95 до 140 В. [ 1 ] Предполагаемая масса ксенонового топлива для Лунных ворот составит 5000 кг. [ 1 ] Предварительная проверка проекта состоялась в августе 2017 года. [ 10 ] Был сделан вывод, что «Блок энергетической обработки успешно продемонстрировал стабильную работу двигательной установки и соответствующим образом отреагировал на все наши запланированные сценарии непредвиденных обстоятельств». [ 11 ]
Тесты
[ редактировать ]
В июле 2017 года AEPS прошел испытания в Исследовательском центре Гленна. [ 12 ] В испытаниях использовался блок обработки мощности (PPU), который также можно было использовать для других передовых технологий движения космических кораблей. [ 12 ] В августе 2018 года Aerojet Rocketdyne завершила первые испытания системной интеграции в вакуумной камере, что привело к этапу окончательной доработки и проверки проекта. [ 13 ] [ 14 ] В ноябре 2019 года компания Aerojet Rocketdyne впервые продемонстрировала двигатель AEPS на полной мощности. [ 15 ]
В июле 2023 года НАСА и Aerojet Rocketdyne начали квалификационные испытания AEPS. [ 16 ]
См. также
[ редактировать ]- Готовность к применению солнечных технологий НАСА - космическая двигательная установка, ионный двигатель с электростатической решеткой
- VASIMR Электроплазменный двигатель переменного импульса
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Обзор разработки и применения усовершенствованной электрической двигательной установки (AEPS) . (PDF). Дэниел А. Херман, Тодд А. Тофил, Уолтер Сантьяго, Хани Камхави, Джеймс Э. Полк, Джон С. Снайдер, Ричард Р. Хофер, Фрэнк К. Пича, Джерри Джексон и Мэй Аллен. НАСА; НАСА/ТМ—2018-219761. 35-я Международная конференция по электродвижению. Атланта, Джорджия, 8–12 октября 2017 г. По состоянию на 27 июля 2018 г.
- ^ «Программы Артемиды: НАСА должно документировать и сообщать о планах по устранению массового риска Gateway» . ГАО . 31 июля 2024 г. . Проверено 1 августа 2024 г.
- ^ НАСА подписывает контракты на исследование элемента Deep Space Gateway . Джефф Фауст, Space News . 3 ноября 2017 г.
- ^ Крис Гебхардт (6 апреля 2017 г.). «НАСА наконец определило цели и миссии для SLS – рассматривает многоэтапный план полета на Марс» . Космический полет НАСА . Проверено 9 апреля 2017 г.
- ^ Джефф Фауст (14 июня 2017 г.). «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов» . Космические новости . Проверено 9 сентября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Aerojet Rocketdyne подписывает контракт на разработку усовершенствованной электрической двигательной установки для НАСА . Аэроджет Рокетдайн. Пресс-релиз, 28 апреля 2016 г. Доступ: 27 июля 2018 г.
- ^ НАСА работает над улучшением солнечной электрической силовой установки для исследования дальнего космоса . Новости НАСА. 19 апреля 2016 г. По состоянию на 27 июля 2018 г.
- ^ Aerojet Rocketdyne успешно тестирует усовершенствованную электрическую двигательную установку для расширения возможностей страны в области космических технологий. Аэроджет Рокетдайн. 6 июля 2017 г.
- ^ Состояние усовершенствованных электрических двигательных систем для исследовательских миссий. Р. Джозеф Кэссиди, Сэм Уайли, Джерри Джексон. Аэроджет Рокетдайн. 16 ноября 2018 г.
- ^ Разработка и квалификация усовершенствованной электрической силовой установки мощностью 13 кВт . (PDF). Джерри Джексон, Мэй Аллен, Роджер Майерс, Эрих Соендкер, Бенджамин Веландер, Арти Толентино, Крис Шиэн, Джозеф Кардин, Джон Стивен Снайдер, Ричард Р. Хофер, Тодд Тофил1, Дэн Херман, Сэм Хаблиц и Кирл Йейтс. 35-я Международная конференция по электродвижению. Атланта, Джорджия, США. 8 – 12 октября 2017 г.
- ^ Усовершенствованная электрическая двигательная система успешно испытана в Исследовательском центре Гленна НАСА . Джейсон Райан, специалист по космическим полетам . 8 июля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Усовершенствованная электрическая двигательная система успешно испытана в Исследовательском центре Гленна НАСА — SpaceFlight Insider» . www.spaceflightinsider.com . 8 июля 2017 г. Проверено 28 июля 2018 г.
- ^ Успешные испытания дают импульс усовершенствованной электрической двигательной системе НАСА . Дэвид Сонди, Новый Атлас . 29 августа 2018 г.
- ^ Aerojet Rocketdyne демонстрирует передовые возможности электрической силовой установки. Космическая газета . 29 августа 2018 г.
- ^ «Усовершенствованная электрическая двигательная установка для шлюза НАСА демонстрирует полную мощность - параболическая дуга» . 9 ноября 2019 года . Проверено 11 ноября 2019 г.
- ^ НАСА, Aerojet Rocketdyne провела испытание системы подруливающих устройств Gateway . НАСА. 12 июля 2023 г. По состоянию на 12 июля 2023 г.
