Усовершенствованная электрическая силовая установка - Advanced Electric Propulsion System

Усовершенствованная электрическая силовая установка (AEPS) это солнечная электрическая тяга система для космических аппаратов, которая проектируется, разрабатывается и испытывается НАСА и Aerojet Rocketdyne для масштабных научных миссий и перевозки грузов.[1] «Первое приложение AEPS»[1] это привести в движение модуль СИЗ Шлюз будет запущен в 2023 году. Модуль СИЗ построен МАКСАР космические решения в Пало-Альто, Калифорния. Два идентичных двигателя AEPS потребляли бы 25 кВт, вырабатываемых сборкой развертываемых солнечных батарей (ROSA), которая может производить более 60 кВт энергии.[1]

Силовой и двигательный элемент (PPE) для лунных ворот будет иметь массу 8-9 метрических тонн и будет способен генерировать 50 кВт.[2] из солнечная электроэнергия для своего Подруливающие устройства холла для маневренности, которая может поддерживаться химическими двигателями с монотопливом для маневров управления ориентацией с высокой тягой.[3]

Обзор

Солнечно-электрическая силовая установка доказала свою надежность и эффективность, а также позволяет значительно уменьшить массу космических аппаратов. Мощная солнечная электрическая силовая установка является ключевой технологией, которой уделяется приоритетное внимание из-за ее значительных преимуществ для исследований в цис-лунном пространстве и полетов на Марс с экипажем.[1]

Система подруливающего устройства AEPS Hall была первоначально разработана с 2015 г. НАСА Исследовательский центр Гленна и Лаборатория реактивного движения будет использоваться на теперь отмененном Миссия по перенаправлению астероидов. Работа над двигателем не прекратилась после отмены миссии в апреле 2017 года, поскольку такие двигатели востребованы для ряда задач НАСА, оборонных и коммерческих миссий в глубоком космосе.[1][4][5] С мая 2016 г.[6] дальнейшая работа над AEPS была переведена на Aerojet Rocketdyne который в настоящее время разрабатывает и тестирует аппаратное обеспечение инженерной модели.[1] Это контракт стоимостью 65 миллионов долларов, в рамках которого Aerojet Rocketdyne разработала, квалифицировала и поставит пять подсистем Холла мощностью 12,5 кВт, включая подруливающие устройства, PPU и контроллеры потока ксенона.[7]

Дизайн

AEPSСпектакль[8]
Максимум. потребляемая мощность40 кВт
Максимум. рабочий ток≤ 25 ампер
НапряжениеВход: 95 В - 140 В
Выход: 300 В - 600 В
Максимум. удельный импульс (язр)2,900 с
Максимум. толчок600 мН /двигатель
Теоретическая сумма толчок2.356 N
Фактический толчок @ 40 кВт1.77 N
Диапазон расстояний от Солнца0,8 до 1,7 Австралия
Масса системы100 кг x 4 двигателя
Ксенон метательная масса
(Лунные врата)		5000 кг

AEPS основан на экспериментальной модели двигателя мощностью 12,5 кВт под названием «Ракета на эффекте Холла с магнитным экраном» (HERMeS). В солнечном электрическом двигателе AEPS используется Подруливающее устройство на эффекте Холла в которой пропеллент ионизируется и ускоряется электрическое поле производить толчок. Для выработки 12,5 кВт на двигателе фактически требуется 13,3 кВт, включая мощность, необходимую для управляющей электроники. Для четырех идентичных двигателей AEPS (подруливающего устройства и управляющей электроники) теоретически потребуется 4 x 13,3 = 53,2 кВт, что больше, чем 50 кВт, генерируемые солнечные панели СИЗ. [1] Утверждается, что блок AEPS предназначен для использования только 40 кВт из 50 кВт, поэтому максимальная тяга будет ограничена примерно 1,77 N.

Инженерная модель также проходит различные испытания на вибрацию, динамические испытания двигателя и испытания на тепловую среду.[1] Ожидается, что AEPS накопит около 5000 часов к концу контракта, и проект нацелен на создание летной модели с периодом полураспада не менее 23000 часов.[1] и полный срок службы около 50 000 часов.[5]

Тремя основными компонентами пропульсивного двигателя AEPS являются: подруливающее устройство Холла, блок процессора мощности (PPU) и контроллер потока ксенона (XFC). Подруливающие устройства могут дросселироваться в диапазоне входной мощности от 6,67 до 40 кВт с входным напряжением от 95 до 140 В.[1] По оценкам ксенон масса топлива для Lunar Gateway составит 5000 кг.[1] Предварительная проверка проекта состоялась в августе 2017 года.[9] Был сделан вывод, что «Блок обработки энергии успешно продемонстрировал стабильную работу двигательной установки и надлежащим образом отреагировал на все наши запланированные сценарии непредвиденных обстоятельств».[10]

Тесты

В июле 2017 года AEPS был протестирован в Исследовательском центре Гленна.[11] В испытаниях использовался блок обработки энергии (PPU), который также мог использоваться для других передовых двигательных технологий космических кораблей.[11] В августе 2018 года компания Aerojet Rocketdyne завершила первые испытания интеграции систем в вакуумной камере, что привело к завершению проектирования и этапу проверки.[12][13] В ноябре 2019 года компания Aerojet Rocketdyne впервые продемонстрировала подруливающее устройство AEPS на полную мощность.[14]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k Обзор разработки и применения усовершенствованной электрической двигательной установки (AEPS). (PDF). Дэниел А. Херман, Тодд А. Тофил, Уолтер Сантьяго, Хани Камхави, Джеймс Э. Полк, Джон С. Снайдер, Ричард Р. Хофер, Фрэнк К. Пича, Джерри Джексон и Мэй Аллен. НАСА; NASA / TM - 2018-219761. 35-я Международная конференция по электродвигателям. Атланта, Джорджия, 8–12 октября 2017 г. Дата обращения: 27 июля 2018 г.
  2. ^ НАСА заключает контракты на исследования элемента Deep Space Gateway. Джефф Фуст, Космические новости. 3 ноября 2017.
  3. ^ Крис Гебхардт. «НАСА, наконец, ставит цели, миссии для SLS - видит многошаговый план на Марс». НАСА космический полет. Получено 9 апреля, 2017.
  4. ^ Джефф Фуст (14 июня 2017 г.). «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов». Космические новости. Получено 9 сентября, 2017.
  5. ^ а б Aerojet Rocketdyne подписывает контракт на разработку усовершенствованной системы электрического движения для НАСА. Aerojet Rocketdyne. Пресс-релиз, 28 апреля 2016 г. Дата обращения: 27 июля 2018 г.
  6. ^ НАСА работает над улучшением солнечной электрической тяги для исследования глубокого космоса. Новости НАСА. 19 апреля 2016 г. По состоянию на 27 июля 2018 г.
  7. ^ Aerojet Rocketdyne успешно тестирует передовую электрическую силовую установку для расширения возможностей космических технологий страны. Aerojet Rocketdyne. 6 июля 2017.
  8. ^ Состояние перспективных электрических двигательных установок для исследовательских миссий. Р. Джозеф Кэссиди, Сэм Уайли, Джерри Джексон. Aerojet Rocketdyne. 16 ноября 2018.
  9. ^ Разработка и квалификация усовершенствованной летной системы с электродвигателем мощностью 13 кВт. (PDF). Джерри Джексон, Мэй Аллен, Роджер Майерс, Эрих Соендкер, Бенджамин Веландер, Арти Толентино, Крис Шихан, Джозеф Кардин, Джон Стивен Снайдер, Ричард Р. Хофер, Тодд Тофил1, Дэн Херман, Сэм Хаблитце и Чирл Йейттс. 35-я Международная конференция по электродвигателям. Атланта, Джорджия, США. 8 - 12 октября 2017 г.
  10. ^ Усовершенствованная электрическая силовая установка успешно прошла испытания в Исследовательском центре Гленна НАСА. Джейсон Риан, Spaceflight Insider. 8 июля 2017.
  11. ^ а б «Усовершенствованная электрическая силовая установка успешно прошла испытания в Исследовательском центре НАСА Гленна - SpaceFlight Insider». www.spaceflightinsider.com. Получено 2018-07-28.
  12. ^ Успешные испытания дают импульс усовершенствованной электрической двигательной установке НАСА. Дэвид Сонди, Новый Атлас. 29 августа 2018.
  13. ^ Aerojet Rocketdyne демонстрирует передовые возможности электрической силовой установки. Space Daily. 29 августа 2018.
  14. ^ «Усовершенствованная электрическая силовая установка для шлюза НАСА демонстрирует полную мощность - параболическая дуга». Получено 2019-11-11.