Космические корабли уже вовсю используют ионные двигатели, чтобы исследовать Луну и открытый космос, однако новое исследование позволит существенно повысить их тягу, что увеличит срок службы орбитальных спутников.

 Исследователи работают над разработкой новых ионных ускорителей, которые смогут фокусировать свободные электроны от наэлектризованных карбоновых нанотрубок, а не от ксенонового газа. Меньшие затраты движущей силы впустую позволят спутникам совершать запуск на меньших ракетах, нести большие полезные грузы или оставаться на орбите в течении более продолжительного времени.

"Это сможет добавить около года дополнительной жизни спутникам," сказал Джуд Риди , инженер материалов в Институте Джорджии. "А это весьма ощутимый срок для спутника, который функционирует меньше 10 лет."

Более эффективные ионные ускорители могли бы также принести пользу космическим миссиям вне Земной орбиты. Европейский лунный аппарат SMART-1 использовал их, чтобы маневрировать вплоть до момента столкновения с Луной в 2006, в то время как другие космические корабли используют их сегодня, включая зонд НАСА, держущий курс к двум астероидам и японский зонд Hayabusa, в настоящий момент соверщающий свой обратный путь.

Подразделением Американского Оборонного Агенства было выделено 6.5 миллионов долларов на данные исследования. Интересы данного агенства сконцентрированы в постоянно растущем рое американских и российских спутников, которые полагаются на ионные ускорители для маневрирования, в то же время жертвуя 10 процентами движения, чтобы создать электроны, которые ионизируют остальную часть их движущей силы.

Исследователи сосредотачивают свои усилия на так называемых "Залловых ускорителях", которые используются сегодня по крайней мере в дюжине американских спутников и многих российских. Эти ионные ускорители в большинстве случаев имеют единственный, полый катод, который удерживает часть движущей силы используемой для того, чтобы создать электроны.

Новый, финансируемый Управлением перспективных исследовательских программ, подход заменяет полый катод целым массивом сделанным из углерода нанотрубок, чрезвычайно тонких углеродных трубок. Слабое электрическое поле, получаемое от солнечных батарей и бортовой батареи, помогло бы собирать электроны от нанотрубок.

(Новая модель ионного двигателя)

Массив из нанотрубок мог бы не только повысить эффективность, но также и создать слои избыточности, которые улучшат надежность аппаратных средств, что является критическим фактором в космосе, где возможность ремонта варьируется от чрезвычайно трудного до невозможного.

 "Карбоновые нанотрубки больше походят  на лук или на русскую матрешку," сказал Риди. Он добавил, что их нанотрубки имеют приблизительно 10 стенок, так, чтобы отверстия в одной или двух не уменьшали эффективности. Наличие массива нанотрубок также добавляет еще один слой избыточной энергии, так, что потеря нескольких нанотрубок не будет означать полный отказ.

Различные материальные покрытия на нанотрубки смогут действовать даже как умножители электронов, которые повысят эффективность их сбора. Один электрон, ударяющийся о покрытие, сможет произвести два электрона после эффекта, подобному цепной реакции.

Источник