Napęd dla mikrosatelitów

Tworzenie konstelacji mikrosatelitów pociąga za sobą wymóg szerokiego zakresu możliwości manewrowych, takich jak dokładne pozycjonowanie satelitów i utrzymywanie orientacji. Brak możliwości wykonania tych operacji będzie powodował koziołkowanie satelitów na orbicie i utratę nakierowania anten na Ziemię.

Chemiczny napęd konwencjonalnych rakiet i satelitów wykorzystuje paliwo stałe. Miniaturyzacja wypróbowanej i godnej zaufania techniki napędu jest kusząca. Jednakże zespół finansowanego przez UE projektu PRECISE (Chemical-µpropulsion for an efficient and accurate control of satellites for space exploration) dokonał postępu w zakresie opracowywania bardziej odpowiedniej formy napędu mikrosatelitów.

Inspirację opracowanego eksperymentalnego układu stanowiły systemy mikroelektromechaniczne (MEMS). Technologia ta obejmuje tworzenie bardzo małych elementów, o wielkości mierzonej w mikrometrach. Małe rozmiary i niewielka masa elementów MEMS sprawiają, że nadają się one doskonale do układów napędowych mikrosatelitów.

Partnerzy projektu PRECISE wytworzyli takie elementy w postaci krzemowych układów scalonych, bardzo podobnych do układów scalonych spotykanych w komputerach i innych urządzeniach elektronicznych. Były one łączone ze sobą, co umożliwiało upakowanie filtrów, elementów grzejnych, sterowników przepływu ciepła, zaworów sterujących przepływem oraz nadmiarowych ciśnienia w kompaktowe jednostki o wielkości nie większej niż moneta jednocentowa.

Zawory w układach mikrona pędów działają na zasadzie ogrzewania parafiny w zamkniętych wnękach, a następnie wyrzuceniu jej przez dysze. Na styku układów scalonych tworzono wnęki w celu wdrożenia różnej konstrukcji mikrokatalizatorów rozkładających hydrazynę i dających w ten sposób ciąg.

Na koniec wiele układów scalonych montowano jeden na drugim. Mikrochemiczne układy napędowe (µCPS) wyposażone w czujniki kontrolujące przepływ parafiny drogą regulacji mocy elementów grzejnych znajdujących się w dolnych układach scalonych zapewniały ciąg w skali od mikroniutonów do kilku miliniutonów.

Przed zakończeniem realizacji projektu PRECISE zmontowano prototypowy układ µCPS. Został on ponadto poddany szeroko zakrojonym testom w pracującej w wysokiej próżni instalacji testowej ośrodka Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR). Wyniki testów wskazały na konieczność dalszych udoskonaleń eksperymentalnego układu µCPS.

Niezależnie od tego, elastyczność i kompaktowe rozmiary osiągalne dzięki technologii MEMS sprawiają, że jest ona obiecującą platformą dla przyszłych projektów napędów. Opracowano szczegółowe projekty techniczne, spełniające wyśrubowane wymagania dwu statków kosmicznych, Solar Sail i InspectorSat.