Маленький спутник NASA получит возможность выбирать между резким маневром и долгим экономичным полетом, не меняя топливо и не таская два отдельных бака. Инженеры подготовили к запуску CubeSat с химическим двигателем и четырьмя электрическими микродвигателями, которые питаются от общего запаса ASCENT. Если эксперимент пройдет успешно, компактная схема сможет дать небольшим аппаратам возможности, ради которых крупным спутникам сегодня приходится устанавливать две самостоятельные двигательные системы.
Специалисты Центра космических полетов имени Маршалла завершили испытания летного аппарата перед отправкой на космодром. Миссия ASCENT Propulsion Dual Mode должна стартовать не ранее первого октября 2026 года на ракете Falcon 9 с базы Ванденберг в Калифорнии. Аппарат формата 6U размером примерно с большую обувную коробку планируют вывести на высоту около 325 миль, или 520 км.
Главная особенность проекта скрывается внутри двигательной установки. Химический двигатель развивает около 100 миллиньютонов тяги и предназначен для сравнительно быстрых изменений скорости. Четыре электроспрейных двигателя создают намного меньшую тягу, зато расходуют рабочее вещество значительно экономнее. Техническая архитектура миссии предусматривает использование обоих режимов для подъема и снижения орбиты.
Обычное сочетание химической и электрической тяги требует отдельных баков, трубопроводов и вспомогательного оборудования. Для крупного аппарата дополнительная масса может оставаться приемлемой, но внутри CubeSat каждый свободный сантиметр приходится делить между двигателями, электроникой, связью, энергосистемой и полезной нагрузкой. Разработчики NASA решили убрать часть лишней инфраструктуры и подать одно топливо сразу к двум принципиально разным типам двигателей.
В бак залит ASCENT, прежде известный как AF-M315E. Топливо на основе нитрата гидроксиламмония разработали как менее токсичную альтернативу гидразину, который десятилетиями применяется в космической технике и требует строгих мер безопасности при работе на Земле. NASA уже проверило ASCENT в космосе во время миссии Green Propellant Infusion Mission, стартовавшей в 2019 году.
Для нового аппарата особенно важно другое свойство ASCENT. Состав относится к ионным жидкостям, поэтому подходит не только для химического двигателя. В электроспрейной установке сильное электрическое поле вытягивает из жидкости заряженные частицы и разгоняет поток наружу. Такая схема создает микроскопическую тягу, но позволяет очень долго корректировать движение при небольшом расходе топлива.
Совместимость ASCENT с электрической тягой разработчики сначала проверяли на Земле. Во время наземных испытаний миниатюрные электроспрейные двигатели работали с новым составом в вакуумной камере, а отдельные тесты продолжались до ста часов. Более поздние измерения показали работу экспериментальных установок до 167 часов без заметного падения тока или обнаруженных отказов. Летная миссия должна проверить уже не отдельный двигатель, а всю объединенную систему в реальных условиях орбиты.
Перед запуском CubeSat прошел проверку герметичности с использованием гелия под давлением, испытания в термовакуумной камере и вращательный тест. Последняя процедура позволяет точно определить распределение массы и центр тяжести. Правильная балансировка нужна аппарату для устойчивой ориентации, связи с Землей и наведения солнечных панелей на Солнце.
После выхода на орбиту команда сначала проверит бортовое оборудование, затем проведет короткие включения химического и электрических двигателей. Основная часть девятимесячной программы предусматривает последовательный подъем и снижение орбиты с помощью разных режимов тяги. Инженеры смогут сравнить поведение системы и подтвердить, что общий бак надежно снабжает двигатели с совершенно разными требованиями к работе.
Успешный эксперимент в первую очередь важен для небольших спутников, где масса и внутренний объем ограничивают выбор двигателей. CubeSat сможет быстро менять траекторию на химической тяге, а затем переходить к медленным экономичным маневрам без второй топливной системы. В перспективе подобная схема может освободить больше места для научных приборов и сделать сложные орбитальные или межпланетные задачи доступнее для компактных аппаратов.
