Двигун на газоподібному йоді

НІКОЛЬСЬКА СЕЛИЩНА РАДА ДОНЕЦЬКОЇ ОБЛАСТІ НІКОЛЬСЬКА ГІМНАЗІЯ “СОФІЯ” З ЗАГАЛЬНООСВІТНЬОЮ ШКОЛОЮ І СТУПЕНЯ №2 НІКОЛЬСЬКОЇ СЕЛИЩНОЇ РАДИ ДОНЕЦЬКОЇ ОБЛАСТІ (НІКОЛЬСЬКА ГІМНАЗІЯ “СОФІЯ”) �

Авторка: Даглі Лідія Юріївна

10 клас

Керівник:Катрич Михайло Олександрович

Викладає предмет:фізика

​

4/7/2024

Annual Review

1

Мета та завдання дослідження �

1. Охарактеризувати види космічних двигунів.

3. З’ясувати перспективи використання двигунів у сучасному світі.

2. Визначити переваги роботи двигуна на йоді.

Дослідити винахідницьку діяльність Дмитра Рафальського.

Для чого:

4/7/2024

Annual Review

2

Дмитро Рафальський�

• Народився в м. Покровськ Донецької області. Навчався у школі № 9.
• Випускник фізико-технічного факультету Харківського національного університету імені В.Каразіна.
• Захистив дисертацію під керівництвом провідного наукового співробітника кафедри матеріалів реакторобудування та фізичних технологій ХНУ Станіслава Дудіна (2011).

​

Колектив ThrustMe (праворуч – С. Дудін та Д. Рафальський)

4/7/2024

Annual Review

3

Дмитро Рафальський�

• Предмет досліджень - вивчення фізичних процесів, що протікають при формуванні комбінованих іон-електронних потоків в унікальному плазмовому джерелі.
• У 2012 р. здобув престижний грант від Європейської Комісії у межах 7 Рамкової Програми «MarieCurie-InternationalIncomingFellowships», що дало можливість продовжити дослідження в Лабораторії Фізики Плазми в Еколь Полiтехнiк (Франція).
• Один зі засновників компанії ThrustMe (2017). Автор понад 20 наукових публікацій, 4 патентів і понад 40 доповідей та лекцій.

Дмитро Рафальський

4/7/2024

Annual Review

4

Космічний двигун використовується для:

• компенсації атмосферного опору;
• орбітального переходу;
• зняття з орбіти;
• уникнення космічного сміття;
• уникнення зіткнень.

​

4/7/2024

Annual Review

5

Види космічних двигунів

Резистентний

Дуговий

4/7/2024

Annual Review

6

Двигун Холла

Двигун HEMP

Двигун ECR

Види космічних двигунів

4/7/2024

Annual Review

7

Радіо частотний двигун

Двигун бомбардування електронами

FEEP

Види космічних двигунів

4/7/2024

Annual Review

8

NPT30-I2 1U та його характеристики

• Тяга 03.- 1.1 мН
• Загальний імпульс 5500 нс
• Питомий імпульс 2400с
• Загальна потужність 35-65 Вт
• Форм-фактор 1U
• Розміри 96х96х113мм
• Загальна маса 1.2кг

4/7/2024

Annual Review

9

Схема NPT30-I2 1U

4/7/2024

Annual Review

10

Принцип роботи NPT30-I2 1U

• Йод у твердому стані зберігається у резервуарі, який під'єднаний до джерела плазми з індуктивними трубками.
• Нагрівники які під'єднанні до резервуару, викликають сублімацію йоду та подальший потік газу в вихідні трубки.
• Плазма йоду утворюється за рахунок іонізації електронними ударами, які утворюються за допомогою ВЧ-антени.

​

4/7/2024

Annual Review

11

Принцип роботи NPT30-I2 1U

• Позитивні іони плазми відокремлюються і прискорюються за допомогою сіток до великих швидкостей для створення тяги.
• Катодна нитка за сітками створює термоіонне випромінювання електронів, щоб нейтралізувати заряд іонного пучка.

​

4/7/2024

Annual Review

12

Успішне випробування в космосі в 2021 році

Такі двигуни, допоможуть повертати супутники на землю, а не залишати їх у космосі

Команда ThrustMe використовувала йод для заправки супутника CubeSat вагою 20 кг із двигуном NPT30-I2.

4/7/2024

Annual Review

13

Чому саме газоподібний йод?

• У космічних двигунах використовувався газ ксенон. Атоми ксенону легко іонізуються, щоб створювати потяг. Однак ксенон є дорогим і рідкісним газом. До того ж, ксенон важко зберігати.
• Йод - дуже їдкий газ. Він може пошкодити деталі супутників. Тому для захисту потрібна кераміка.
• Отже, двигуни на газоподібному йоді - це крок уперед для всієї космічної галузі.

«Йод дешевше і його більше, ніж ксенону, а також його можна зберігати без тиску у твердому вигляді»

Дмитро Рафальський

4/7/2024

Annual Review

14

У чому двигун Д.Рафальського випереджає інші іонні двигуни?

• Традиційний іонний двигун випромінює у простір пучок позитивних іонів. Завдяки втраті позитивного заряду супутник заряджається негативно, і через невеликий час цей негативний заряд гальмує іони. Для нормальної роботи такого двигуна необхідне додаткове джерело електронів.
• На відміну від цього, двигун, розроблений Д.Рафальським та однодумцями з ThrustMe, випромінює йони та електрони у рівній кількості.

4/7/2024

Annual Review

15

Джерела інформації:

1. Space.com.ua Працює на газоподібному йоді. На орбіті Землі вперше випробували унікальний двигун для супутників

URL: https://space.com.ua/2021/11/18/na-orbiti/ (дата звернення 29.03.2024)

2.Nature : In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system

URL : https://www.nature.com/articles/s41586-021-04015-y#Sec2 (дата звернення 29.03.2024)

3.Gridded ion thruster with integrated solid propellant. Patent no. WO2017037062A1 Rafalskyi, R. & Aanesland, A. (2017)

4. Spacecra ft Electric Propulsion— An Overview M. Martinez-Sanchez Massachusetts Institute of Tec hnology, Cambridge, Massachusetts 02139(1998)

​

​

4/7/2024

Annual Review

16