NASA Solar Technology Application Readiness ( NSTAR ) — это тип ионного двигателя космического корабля, называемый электростатическим ионным двигателем . [1] [2] Это высокоэффективный двигатель малой тяги космического корабля, работающий на электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями . Он использует высоковольтные электроды (включая две тонкие сетки) для ускорения ионов с помощью электростатических сил.
Целью программы NSTAR была разработка ионного двигателя на ксеноновом топливе для дальних космических миссий. [3] Электростатический ионный двигатель NSTAR был разработан в исследовательском центре Гленна NASA и изготовлен компаниями Hughes и Spectrum Astro, Inc. в начале 1990-х годов. Разработка системы подачи была совместным усилием JPL и Moog Inc. [ 1]
Ионы ускоряются с помощью двух тонких сеток с разницей напряжений между ними примерно в 1300 В для работы мощностью 2,3 кВт [4] [5] с тягой 20-92 мН , удельным импульсом 19000-30500 Н·с/кг (1950-3100 с) и общей импульсной мощностью 2,65 x10 6 Нс на DS1. [5]
В 1996 году прототип двигателя выдержал 8000 часов непрерывной работы в вакуумной камере, имитирующей условия открытого космоса . Результаты прототипирования были использованы для определения конструкции летного оборудования, которое было построено для зонда Deep Space 1. Одной из задач была разработка компактного и легкого блока обработки энергии [6] , который преобразует энергию от солнечных батарей в напряжения, необходимые для двигателя. [3]
Двигатель достигает удельного импульса до трех тысяч секунд. Это на порядок выше, чем у традиционных методов космического движения, что приводит к экономии массы примерно в два раза. Хотя двигатель выдает всего 92 миллиньютона (0,331 унции силы ) тяги при максимальной мощности (2100 Вт в миссии DS1 ), аппарат достиг высокой скорости, поскольку ионные двигатели непрерывно тянут в течение длительных периодов времени. [7] «30-сантиметровый ионный двигатель работает в диапазоне входной мощности от 0,5 кВт до 2,3 кВт, обеспечивая тягу от 19 мН до 92 мН. Удельный импульс варьируется от 1900 с при 0,5 кВт до 3100 с при 2,3 кВт». [1]
Ионный двигатель NSTAR был впервые использован на космическом аппарате Deep Space 1 (DS1), запущенном 24 октября 1998 года. [8] Миссия Deep Space осуществила пролет астероида 9969 Braille и кометы Боррелли . Deep Space 1 имел 178 фунтов (81 килограмм) ксенонового топлива с общей импульсной способностью 2,65 x10 6 Нс [5] и был способен увеличить скорость DS1 на 7900 миль в час (12 700 километров в час, 3,58 км/с) в ходе миссии. [3] Он использовал 2,3 кВт электроэнергии и был основным двигателем для зонда. [4]
Второй межпланетной миссией с использованием двигателя NSTAR стал космический аппарат Dawn , запущенный в 2007 году с тремя резервными блоками [9] диаметром 30 см каждый. [6] [10] Dawn — первая исследовательская миссия НАСА, которая использовала ионный двигатель для выхода на более чем одну орбиту и выхода с нее. [11] Dawn нес на борту 425 кг (937 фунтов) ксенонового топлива и смог выполнить изменение скорости на 25 700 миль в час (11,49 км/с) за время миссии.
По данным на 2009 год, [обновлять]инженеры НАСА заявляют, что двигатели NSTAR мощностью 5 киловатт и тягой 0,04 фунта являются кандидатами для доставки космических аппаратов к Европе , Плутону и другим малым телам в дальнем космосе. [1]