Космический корабль «Психея»: что не раскрывает НАСА?

В настоящее время космический корабль НАСА «Психея» находится на пути к металлическому астероиду 16 Психея. Несмотря на представление о том, что космический корабль будет использовать паровую тягу, на самом деле он использует солнечную электрическую тягу.

В частности, на корабле установлены двигатели Холла, которые относятся к типу плазменных двигателей.

Космический корабль «Психея» был запущен 13 октября 2023 года и за шесть месяцев преодолел более 300 миллионов километров без каких-либо крейсерских маневров. В течение этого времени Центр управления полетами проводил проверки и корректировки систем и приборов корабля.

Ионные двигатели с эффектом Холла

Сейчас команда решила активировать ионные двигатели корабля. Технически это не ионные двигатели, а двигатели с эффектом Холла, также известные как плазменные двигатели. Принципы их работы схожи: плазменные двигатели не используют решетки для ускорения ионов и обеспечивают немного большую тягу, чем ионные двигатели, хотя и с меньшим КПД или удельным импульсом.

Ионные двигатели с эффектом Холла обеспечивают минимальную тягу, но их преимущество заключается в способности непрерывно работать в течение длительных периодов — месяцев или даже лет — с очень высокой эффективностью. Их удельный импульс может достигать тысяч секунд, что контрастирует с наиболее эффективными химическими двигателями, которые работают с удельным импульсом около 400 секунд.

Оба типа двигателей обычно называют «электрическими», поскольку им требуется разность электрических потенциалов для ускорения ионов, часто анионов благородных газов, таких как ксенон, криптон или аргон.

Космический корабль «Психея» несет 1085 кг ксенона в качестве топлива, которое содержится при температуре 45 °C в семи баках емкостью 82 литра каждый. Это самый большой запас ксенона, который когда-либо использовался в космических исследованиях.

Каждый из четырех плазменных двигателей корабля способен вырабатывать примерно 240 миллиньютон тяги, при этом в любой момент времени работает только один двигатель. Ежедневное потребление ксенона составляет от 0,35 до 1,3 кг в зависимости от необходимой тяги.

Планируется, что «Психея» достигнет своей цели в августе 2029 года. Для этого он выполнит маневр с усилением гравитации, облетев Марс в мае 2026 года.

Двигатели «Психеи» используют электроэнергию, вырабатываемую огромными солнечными панелями, способными вырабатывать 21 киловатт на околоземной орбите и минимум 2,3–3,4 киловатта на орбите «Психеи» (расстояние астероида от Солнца составляет 2,7 астрономических единиц).

Солнечные панели имеют общую площадь 75 квадратных метров и состоят из 22 730 фотоэлектрических элементов. Длина каждой панели составляет 11,3 метра.

Двигатели зонда

А теперь самое интересное: двигатели зонда. По какой-то причине в большинстве официальных пресс-релизов НАСА не упоминается, какая модель двигателей используется или кто является их производителем.

Космический корабль «Психея» оснащен четырьмя двигателями SPD-140 производства российской компании «ОКБ Факел». Эта компания уже давно поставляет плазменные двигатели компании Maxar (ранее известной как SSL), которая устанавливает их в системы коррекции орбиты геостационарных спутников. Это крайне важно для поддержания точного положения космического корабля. Поскольку Maxar является основным подрядчиком по строительству космического корабля «Психея», компания решила не изобретать велосипед.

Несмотря на то, что так называемый «свободный мир» отвернулся, Maxar остановил свой выбор на российских двигателях SPD-140. Они значительно более доступны по цене и не менее надежны, чем их американские аналоги.

Космический корабль «Психея», конечно, не первый, в котором используются ионные двигатели. Другие, такие как Deep Space 1 и Dawn, были первопроходцами. Однако «Психея» — первый американский космический корабль, пересекший Солнечную систему, работающий на российских плазменных двигателях.

SPD-140 был разработан в конце 1980-х КБ «Факел». После распада СССР Соединенные Штаты проявили большой интерес к этим двигателям. В 1997 году они прошли тестирование в PEPL (Лаборатории плазменной динамики и электродвижущей способности) Мичиганского университета.

С тех пор эти двигатели, наряду с другими, такими как SPD-100, использовались при производстве геостационарных спутников, включая Eutelsat 172B.