طراحی پیشرانه بخار برای ماهواره‌های کوچک جهت افزایش طول عمر و کارایی آن‌ها

یک شرکت آمریکایی پیشرانه‌ای را برای ماهواره‌های مکعبی کوچک طراحی کرده که با بخار آب کار می‌کند. استفاده از آب به‌عنوان ماده پیشران علاوه‌بر حل مشکل نیاز به انرژی زیاد برای تأمین نیروی پیشران، مسئله استفاده از مواد سمی و کاملاً تحت فشار مانند هیدرازین را برطرف می‌سازد. این سامانه پیشران موسوم به ترماست (ThermaSat) توسط شرکت آمریکایی هاو (Howe Industries) با بودجه ناسا و تحت برنامه SBIR (سرواژه Small Business Innovation Research) این سازمان طراحی شده است.

از آنجایی که اغلب ماهواره‌های کوچک طی مأموریت‌های فضایی به‌عنوان محموله فرعی به مدار زمین ارسال می‌شوند، بهره‌گیری از سوخت‌های مرسوم می‌تواند موجب به‌خطر انداختن محموله‌های اصلی و گران‌قیمت شود؛ امری که باعث می‌شود ارائه‌‌دهندگان خدمات پرتاب در ارسال چنین ماهواره‌‌هایی همراه با محموله‌های اصلی دچار تردید شوند. به‌علاوه، استقرار ماهواره‌های کوچک در مدار از ایستگاه فضایی بین‌المللی که امری معمول برای چنین ماهواره‌هایی به‌حساب می‌آید، با استفاده از پیشرانه ترماست بدون مشکل قابل انجام است. در حقیقت تزریق ماهواره از ایستگاه فضایی در شرایطی که پای سوخت‌های خطرآفرین درمیان باشد، برای رعایت مسائل ایمنی انجام نمی‌گیرد.

ماده پیشران ترماست آب است، اما برخلاف پیشرانه‌های بخار معمول، مخزن بخار در آن وجود ندارد؛ بلکه آب قبل از انبساط و خروج از نازل، به‌سرعت به بخار داغ تبدیل می‌شود. بدین ترتیب و بدون نیاز به تجهیزات معمول در ماهواره‌های کوچک، توسعه‌دهندگان ماهواره برای رسیدن به اهداف مأموریت‌هایشان دست بازتری خواهند داشت. ترماست فقط دو قسمت متحرک دارد و ابعاد آن از یک قرص نان کوچک‌تر است. این پیشرانه با میزان ۱ کیلوگرم آب قادر به تولید تکانه‌ای معادل ۱۸۰۰ نیوتن-ثانیه می‌باشد که جهت فعالیت یک ماهواره کوچک در مدار لئو و در ارتفاع ۳۷۵ کیلومتری از سطح زمین برای بیش از ۵ سال کافی است.

ترماست همچنین می‌تواند انجام مأموریت‌های چندین ماهه ماهواره‌های کوچک در یونوسفر جو و در ارتفاع ۲۵۰ کیلومتری از سطح زمین را امکان‌پذیر کند. این در حالی است که یک ماهواره کوچک بدون پیشرانه در چنین ارتفاعی چند هفته بیشتر دوام نمی‌آورد و سقوط می‌کند.

در مرکز سامانه ترماست یک خازن حرارتی وجود دارد که انرژی به‌دست‌آمده از گرمای خورشید را از سطحی به‌ مساحت ۲۰ اینچ مربع که در معرض نور آفتاب قرار گرفته، جمع‌آوری و ذخیره می‌کند. این خازن از کریستال‌های فوتونیک و آینه‌های مخصوصی ساخته شده که می‌تواند به دمای عملیاتی ۱۴۳۳ درجه فارنهایت برسد. درنتیجه میزانی از انرژی تولید می‌شود که قابل مقایسه با باتری‌‌های یون‌لیتیوم است، اما امکان انفجار ندارد.

مطابق تخمین‌ها تاکنون حدود ۲۷۰۰ ماهواره مکعبی کوچک در مدار زمین قرار گرفته که کمتر از ۱۰ درصد آن‌ها از سامانه‌های پیشران بهره می‌برند. چنین موضوعی موجب کاهش قابل‌توجه طول عمر این ماهواره‌ها می‌شود؛ چرا که آن‌ها در معرض جاذبه زمین و کشش جوی قرار گرفته و طی مدت زمان کوتاهی در اتمسفر زمین سقوط می‌کنند. از‌این‌رو استفاده از سامانه‌های پیشران ایمن و کارآمد تحول مهمی در صنعت ماهواره‌های کوچک ایجاد می‌کند.

منبع spacedaily
نوشته‌های که ممکن است علاقه‌مند باشید :
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.