Работать на воде

DARPA инициировало разработку очередной перспективной идеи. В рамках программы Water Rocket должна быть создана новая энергосистема для спутников и других космических аппаратов, способная запасать на борту больше энергии.

Американское оборонное агентство DARPA инициировало разработку очередной перспективной идеи. В рамках программы Water Rocket должна быть создана новая энергосистема для спутников и других космических аппаратов, способная запасать на борту больше энергии, а также быть источником топлива для маневрирования.

Напомним, что на сегодняшний день космические аппараты (за исключением многоразовых челноков и зондов, посылаемых к далеким планетам), в основном, работают на солнечных батареях. Вращаясь вокруг Земли, спутники регулярно залетают в ее тень, где вынуждены либо отключаться полностью или частично, либо работать на запасенной энергии. Однако химические накопители, применяющиеся на спутниках, обладают серьезными недостатками. Главный из них - конечное число циклов "заряд-разряд", ограничивающее срок службы аккумулятора (а с ним и всего спутника) примерно десятью годами, что совсем немного, учитывая необходимость окупить за это время постройку и запуск аппарата.

Удлинять срок службы путем увеличения количества или размера аккумуляторов невыгодно - они слишком тяжелые. Можно, конечно, улучшать их конструкцию, и это уже дает результат: гарантийный срок службы последних геостационарных спутников, залетающих в тень раз в сутки, составляет не менее двенадцати лет, а фактически приближается к пятнадцати. Но беда в том, что существуют множество низкоорбитальных аппаратов, которые вращаются вокруг Земли гораздо быстрее и попадают в тень чаще, отчего их аккумуляторы живут значительно меньше.

Кроме того, спутникам требуется еще один расходный материал - топливо для коррекции орбиты, без которого, например, геостационарные аппараты просто перестают быть таковыми. Обязанные парить над одной точкой экватора (и казаться неподвижными наблюдателю с Земли), они должны постоянно компенсировать гравитацию Луны, которая не только перемещает воду в земных океанах, но и потихонечку двигает все орбитальные аппараты. Солнце и солнечный ветер также сталкивают спутники со своих "мест", поэтому без регулярных маневров орбиты смещаются, а изначально "неподвижные" геостационарные спутники начинают выписывать на небе все большие "восьмерки". Нередко это случается задолго до износа аккумуляторов.

Чтобы избавиться от подобных неприятностей, а заодно увеличить срок службы спутников лет этак до двадцати, DARPA и затеяла разработку новых водородно-кислородных топливных элементов. Новым в них будет возможность обратной реакции - не только получение энергии из газов, но и разложение воды на водород и кислород. Существующие топливные элементы не обладают такой способностью, отчего в космосе они применялись лишь на двух аппаратах - американских шаттлах и советском "Буране". Грузоподъемность этих космолетов позволяла (когда надо) найти место для электролизера, который разлагал бы воду на водород и кислород, компрессор закачивал газы обратно в баллоны, и система снова "заряжалась". Однако на малых аппаратах подсчет веса идет на граммы, отчего самая эффективная из химических - водородно-кислородная реакция накопления энергии - не используется ни на одном спутнике.

Если проект Water Rocket окажется успешным, то главным резервуаром энергии на спутниках станут два газовых баллона. Их объем увеличится за счет отказа от химических аккумуляторов, но эти емкости продолжат выполнять первоначальную функцию - хранение топлива для двигателей. В результате, у операторов спутника появится неоценимая возможность - когда нужно, сжигать газы в двигателях, совершая маневры за счет постепенного уменьшения емкости бортового аккумулятора. Разумеется, заряжаться водяной накопитель будет по-старому - от солнечных батарей.

Увеличение запасов топлива для маневров интересует, прежде всего, разведку и военных, которым частенько надо за считанные часы переместить в другую точку тяжелый спутник. Коммерческие и научные аппараты по орбитам не ерзают и тратят топливо только на удержание занятой позиции. В последних геостационарных спутниках начали использовать экономичные ионные двигатели. Они дают тягу в несколько граммов, но для компенсации влияния Луны этого достаточно. Правда, кроме топлива, ионным двигателям нужно еще и электричество.

Заметим, что DARPA совместно с NASA не один год работает над другим интересным проектом - орбитальным роботом-заправщиком, который мог бы подлетать к спутникам и доливать им топлива. Очевидно, что аппаратам с водяным энергоциклом надо будет привозить только воду, которую хранить и перекачивать гораздо проще, чем какой-нибудь несимметричный диметил-гидразин в паре с тетраоксидом диазота.

- Из журнала "Компьютерра" от 24 августа 2004 года.