Учёные МГУ запатентовали воздухозаборник для спутников, который, согласно компьютерному моделированию, способен сжимать разреженный атмосферный газ более чем в 400 раз при эффективности захвата 36%. Устройство предназначено для космических аппаратов на сверхнизких орбитах, где газ из атмосферы можно использовать в качестве рабочего тела электрореактивного двигателя, компенсирующего торможение спутника.
На высотах до 300 км спутник испытывает аэродинамическое сопротивление из-за столкновений с молекулами разреженной атмосферы. Для длительного полёта на таких орбитах двигателю приходится компенсировать потерю скорости. Один из вариантов — электрореактивная двигательная установка, использующая атмосферный газ вместо рабочего тела, запасённого на борту.
Проблема заключается в том, что на этих высотах газ слишком разрежен для непосредственной подачи в двигатель. Пассивный воздухозаборник не обеспечивает необходимого сочетания захвата и сжатия, поэтому в МГУ предложили дополнить его активной компрессорной секцией.
Устройство состоит из входного узла, коллектора и канала подачи газа к двигателю. Сначала поток проходит через решётку с прямыми каналами, ориентированными вдоль направления движения спутника. Затем газ поступает в активную секцию со статорными лопатками и парой компрессорных колёс, приводимых отдельными электродвигателями.
Роторы вращаются в противоположных направлениях с регулируемой скоростью. По замыслу разработчика, это позволяет повысить плотность газа перед подачей в двигатель, одновременно уменьшая обратный поток. Встречное вращение также помогает управлять крутящим моментом, возникающим при работе механизма, и снижать его воздействие на ориентацию космического аппарата.
Расчётный пример в патенте относится к орбите высотой 140 км. Для моделирования выбрали цилиндрический воздухозаборник диаметром 10 см, скорость набегающего потока 7,82 км/с и частоту вращения компрессорных роторов 57 000 об/мин.
Результаты компьютерного моделирования показали степень сжатия более 400 при эффективности захвата газа 36%. Для сравнения, у аналогичной конструкции без активной компрессорной секции степень сжатия при эффективности захвата 35% оказалась ниже 120. Получается, что активная схема позволяет более чем втрое увеличить этот показатель при сопоставимой эффективности захвата.