Российские ученые расширяют линейку плазменных двигательных установок для космоса. Московский авиационный институт и Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева создали импульсный плазменный двигатель для наноспутников массой до 10 кг. Его задача состоит в том, чтобы повысить маневренность малого космического аппарата и дать возможность формировать орбитальные группировки.
Параллельно идет практическая проверка другой российской разработки. 25 июля 2025 года ракета «Союз» с космодрома Восточный вывела на орбиту научно-образовательный спутник 239Alferov с экспериментальным плазменным двигателем московской компании «СТАР» («Спутниковые технологии и астроразработки»). На борту отрабатывают орбитальные маневры кубсата.
Двигатель МАИ для наноспутников: конструкция и ресурс
Обычные малые спутники жестко ограничены по массе, габаритам и доступной бортовой мощности. Эти ограничения затрудняют размещение силовой установки, хотя реактивная тяга позволяет аппарату корректировать орбиту, компенсировать торможение в верхних слоях атмосферы и дольше работать в космосе.
Импульсный плазменный двигатель МАИ использует электрическую энергию. Он разгоняет плазму, то есть ионизированный газ, в сильном магнитном поле и создает тягу. Рабочий газ хранится в баке, который можно установить в любой свободной полости спутника и соединить с двигателем трубками. Такая компоновка позволяет увеличить запас рабочего тела на борту и продлить маневры.
В основе новой установки лежит высокоскоростной электромагнитный клапан. Его тонкая подвижная мембрана выполнена из магнитного материала. Короткий импульс тока создает поле, отжимает мембрану и впускает порцию газа в канал двигателя. Затем давление среды возвращает мембрану в исходное положение.
- Конструкция не содержит трущихся элементов.
- Разработчики заявляют высокое быстродействие при низком энергопотреблении.
- Клапан должен выдерживать более 1 миллиона циклов открывания и закрывания без деградации основных механизмов.
- Расчетный ресурс позволяет аппарату выполнить до 300 часов активных маневров.
Как превратить набор малых аппаратов в работающую систему? Маневренность позволяет спутникам выстраивать и поддерживать сложные распределенные структуры. Если один аппарат выйдет из строя, его задачу могут принять другие элементы группировки.
Орбитальное испытание московского двигателя
Спутник 239Alferov представляет собой сверхмалый научно-образовательный аппарат. Он исследует импульсные источники гамма-излучения внегалактического, галактического, солнечного и земного происхождения. Полученные данные должны помочь изучать процессы на поверхности звезд и в далеком космосе.
Двигатель для этого спутника создала компания «СТАР». Московская разработка отличается компактностью, низким энергопотреблением и высокой безопасностью. Создатели также указывают на возможность масштабировать технологию для всей линейки малых и сверхмалых космических аппаратов. Степень локализации двигателя составляет 85 процентов.
Плазменная установка на орбите нужна не только для коррекции траектории. Она позволяет проводить маневры, формировать многоспутниковые группировки и сводить аппарат с орбиты после окончания его службы. Последняя функция помогает решать проблему космического мусора.
| Разработка | Назначение | Состояние, указанное в материалах |
|---|---|---|
| Импульсный двигатель МАИ и Самарского университета | Наноспутники массой до 10 кг, маневры и распределенные системы | Создан |
| Двигатель компании «СТАР» | Орбитальные маневры малого спутника | Выведен на орбиту 25 июля 2025 года в составе спутника 239Alferov |
| Плазменный реактивный двигатель Троицкого института инновационных и термоядерных исследований | Дальние космические перелеты | Лабораторный прототип создан в феврале 2025 года; в 2026 году начались стендовые и ресурсные испытания |
От малых спутников до дальних перелетов
Плазменные двигатели применяют на космических аппаратах более 60 лет. В вакууме они эффективнее химических двигателей благодаря высокому удельному импульсу и ресурсу работы. В атмосфере такие установки не подходят самолетам, вертолетам, беспилотным аппаратам и ракетам-носителям: сопротивление среды требует большой тяги, которой плазменный двигатель не обладает.
История отечественного направления включает несколько важных этапов. В 1950-х годах Отдел плазменных исследований Института атомной энергии Академии наук СССР совместно с ОКБ-1 под руководством Сергея Королева начал разработку плазменных двигателей. В 1964 году абляционные импульсные плазменные двигатели впервые применили в открытом космосе на советской автоматической межпланетной станции «Зонд-2». В декабре 1971 года в космос отправили спутник «Метеор-1-10» со стационарным плазменным двигателем Алексея Морозова.
Стационарные плазменные двигатели продолжают широко применять на новых космических аппаратах. Большинство таких устройств выпустило российское ОКБ «Факел». С помощью российского двигателя европейский зонд Smart-1 доставили к Луне с околоземной орбиты.
Мощный прототип для дальнего космоса
Отдельное направление разрабатывает Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, входящий в «Росатом». Работу над технологией плазменного ракетного двигателя начали в 2021 году. В феврале 2025 года ученые сообщили о лабораторном прототипе, а в 2026 году приступили к стендовым и ресурсным испытаниям. Летный образец намечен на 2030 год.
Установка работает в импульсно-периодическом режиме и имеет среднюю мощность 300 кВт. Разработчики рассчитывают, что она сможет разгонять космический аппарат до скоростей, недоступных традиционным химическим двигателям, и в десятки раз сократить потребность в топливе. Для сравнения: компания Ad Astra Rocket показала прототип VASIMR с тягой до 5,4 Н, мощностью 200 кВт и изменением удельного импульса от 20 до 50 км/с.
Разные по мощности и назначению установки решают общую инженерную задачу. Малый двигатель должен работать в тесной компоновке наноспутника, а мощный прототип рассчитан на межпланетные траектории. Для первого критичны ресурс клапана, масса и энергопотребление; для второго важны мощность, тяга и эффективное использование топлива.
Частые вопросы
Для спутников какой массы создан двигатель МАИ?
Импульсный плазменный двигатель МАИ и Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева рассчитан на наноспутники массой до 10 кг.
Какой газ нужен для работы новой установки?
Для работы нужен газ, который хранится в баке. Бак можно разместить в свободной полости космического аппарата и соединить трубками с силовой установкой.
Какой ресурс заявлен для электромагнитного клапана?
Разработчики рассчитывают на более миллиона циклов открывания и закрывания без деградации основных механизмов. Это дает возможность выполнить до 300 часов активных маневров.
Когда плазменный двигатель московского производства отправили на орбиту?
Ракета «Союз» вывела спутник 239Alferov с экспериментальным двигателем компании «СТАР» на орбиту 25 июля 2025 года.
Для чего спутнику нужны плазменные двигатели?
Они корректируют орбиту, обеспечивают маневры, помогают строить многоспутниковые группировки и позволяют свести аппарат с орбиты по завершении срока службы.
Когда ожидают летный образец двигателя для дальних перелетов?
Появление летного образца плазменного реактивного двигателя Троицкого института инновационных и термоядерных исследований намечено на 2030 год.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Команда «Реестр Гарант» видит в этой новости две стадии инженерного цикла: создание установки для наноспутников и проверку другого двигателя в реальной орбитальной эксплуатации. Для малых аппаратов особенно важны компоновка газового бака, ограничение по массе до 10 кг, низкое энергопотребление и ресурс клапана более миллиона циклов. Орбитальное испытание на спутнике 239Alferov показывает переход разработки от наземной конструкции к проверке маневров в космосе.