Инженеры компании Howe Industries смогли существенно упростить двигатели ультракомпактных спутников, воспользовавшись идеей почти 2000 летней давности. Прототип такого двигателя впервые показал Герон Александрийский в 1 веке нашей эры. Двигатель ThermaSat для спутника будет иметь только две движущиеся детали, а его рабочим телом будет обычная вода.
Разрабатываемые Howe Industries спутники CubeSats относятся к ультракомпактного класса – размер одной их стороны не превышает 10 см. Такие спутники недорогие и их размещают на низких околоземных орбитах. Они не могут нести много оборудования, зато их дешевизна позволяет запускать очень много спутников.
Низкая орбита CubeSats означает, что они испытывают значительное (по меркам космических тел) сопротивление воздуха земной атмосферы. Это их тормозит, снижая со временем высоту орбиты до уровня, когда они входят в плотные слои атмосферы и сгорают.
Для поддержания высоты орбиты используются двигатели, однако на CubeSats не хватает места для двигателей традиционной конструкции. Также CubeSats часто отправляют в качестве сопутствующего нагрузки ракеты, поэтому они должны избегать двигателей, использующих горючее, токсичное или сжатое топливо.
Двигатель ThermaSat является отдельным модулем, который крепится снаружи к спутнику CubeSat. Он использует принцип, предложенный Героном Александрийским в 1 веке нашей эры. Демонстрационный прототип назвали «Геронов шар». В этом шаре с двумя соплами находилась вода. Нагрев ее до кипения в шаре повышалось давление, и струи водяного пара вырывались из сопел, раскручивая шар.
В двигателе ThermaSat не используют электрические нагревательные элементы. Вместо этого используются специальные рефлекторы с тепловыми накопителями. Последние изготовлены из материалов, способных изменять фазу. Площадь солнечных коллекторов составляет 129 квадратных сантиметров. Тепловые конденсаторы способны разогреваться до 779 градусов Цельсия. Разработчики говорят, что плотность энергии сопоставима с литий-ионными батареями, но без риска взрыва.
Двигатель ThermaSat весит около 2,4 кг, из которых около 1 кг – вес дистиллированной воды, используемой в качестве рабочего тела. Объем двигателя в целом составляет 2000 кубических сантиметров или два CubeSat. Также есть варианты объемом в один или четыре CubeSat.
Когда вода превращается в струю пара, двигатель генерирует до 1,02 Ньютоны тяги и 203 секунды удельного импульса. Этого достаточно, чтобы удерживать CubeSat на низкой околоземной орбите более пяти лет. Стандартный срок службы CubeSat без такого двигателя составляет несколько недель.
У ThermaSat оказалось еще одно преимущество-скрытое срабатывание. Струи водяного пара нынешние технологии еще не способны обнаруживать, поэтому спутник может незаметно менять свою орбиту.
