Учёные Пермского Политеха предложили усовершенствовать ионные двигатели для космоса

Ионные двигатели широко применяются для управления спутниками, космическими роботами и станциями. Они создают реактивную тягу, разгоняя ионы до скоростей, которые в 10 раз превышают возможности химических двигателей. Однако их ключевые элементы — электроды, изготовленные из углеродного композита, подвержены разрушению из-за вибраций при выводе аппаратов на орбиту. Это может привести к сбоям в работе двигателя.

Учёные Пермского Политеха создали двухуровневую модель, позволяющую анализировать повреждаемость структуры материала электродов и прогнозировать, как изменения на уровне зерен влияют на их прочность. Модель показала, что снижение жесткости материала увеличивает амплитуду колебаний, что в конечном итоге вызывает соударения и разрушения электродов.

Егор Разумовский, аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ отметил, что эта разработка позволяет учитывать свойства материала на уровне зёрен, что значительно повышает точность прогнозирования и надёжность конструкции. Это особенно важно для проектирования современных ионных двигателей.

Исследование продемонстрировало, что изменение упругих свойств материала снижает показатель макронапряжений на 9,54%, но увеличивает площадь повреждений на 8,1%. Учёт этих данных при проектировании поможет избежать разрушения конструкции и повысить эффективность двигателей.

Ионные двигатели имеют ключевое значение для научных и межпланетных миссий. Например, станция Dawn (NASA) использовала эту технологию, достигнув рекордной скорости 39 900 км/ч при минимальном расходе топлива. Российские учёные активно работают над созданием аналогичных технологий.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника» за 2024 год и выполнены в рамках программы «Приоритет 2030» национального проекта «Наука и университеты».

Фото: наука.рф