Dampfmaschine für CubeSat-Satelliten

Dampfmaschine für CubeSat-Satelliten

Howe Industries hat einen solarbetriebenen Dampfraketenmotor vorgestellt, um die CubeSats-Mikrosatelliten anzutreiben. Mit nur zwei beweglichen Teilen verwendet der ThermaSat-Motor einen Wärmekondensator, um destilliertes Wasser sofort in überhitzten Dampf umzuwandeln.

Der CubeSat, der aus standardisierten 10-cm-Würfelblöcken besteht, könnte Satelliten revolutionieren, indem er große und komplexe Raumfahrzeuge durch kleine und einfache Konstellationen ersetzt, die schnell und kostengünstig eingesetzt werden können.

Ihre geringe Größe bedeutet jedoch auch, dass das Design einen Kompromiss aufweist. Größere Satelliten können jahrelang oder sogar jahrzehntelang Treibstoff transportieren, um sie in der Umlaufbahn zu halten oder sich nach Bedarf zu ändern, aber CubeSats bieten nicht viel Platz für Motoren, geschweige denn Treibstoff- und Antriebssysteme, um sie zu betreiben.

Schlimmer noch, CubeSats gehen normalerweise mit der Hauptraketenlast in die Umlaufbahn, was bedeutet, dass sie brennbare, explosive, unter Druck stehende oder giftige Motorkraftstoffe vermeiden müssen.

Dies ist bedauerlich, da die meisten CubeSats in einer erdnahen Umlaufbahn eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass ihre Umlaufbahnen ohne Motoren schnell unterbrochen werden und häufig in der Atmosphäre verbrennen. Dies schränkt die Nützlichkeit eines winzigen Raumfahrzeugs ein, und obwohl CubeSats normalerweise so konstruiert sind, dass sie kostengünstig gebaut und gestartet werden können, steigen die Kosten immer noch.

Um dies zu überwinden, entwickelt Howe Industries ThermaSat, ein separates Modul, das auf einer Seite des CubeSat installiert werden kann. Das Prinzip dahinter ist so einfach, dass es bereits im ersten Jahrhundert n. Chr. Von Heron of Alexandria demonstriert wurde: Wasser erwärmt sich, bis es sich in Dampf verwandelt, der Schub erzeugt.

Am schwierigsten ist es, Dampf ohne Kessel, ohne interne Stromquelle oder große Solarreflektoren zur Wärmeversorgung zu erzeugen. Stattdessen konzentriert ThermaSat das Sonnenlicht auf weniger Oberfläche als Reflektoren und speichert die Wärme mithilfe eines ziemlich cleveren Wärmekondensators.

„Das Herzstück des Systems ist ein einzigartiger Wärmekondensator aus Phasenwechselmaterialien, der Sonnenwärme von nur 129 cm2 freiliegender Oberfläche konzentriert und speichert“, sagt Jack Miller, Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei ThermaSat.

„Mit einer Kombination aus photonischen Kristallen und goldfarbenen Spiegeln erreicht der vollständig inerte Kondensator eine Betriebstemperatur von 1052 K (779 ° C). Dies ergibt eine spezifische Energie, die mit einer Lithium-Ionen-Batterie vergleichbar ist, jedoch ohne die Möglichkeit einer Explosion. Seitliche Sonnenkollektoren werden für die Elektromechanik, die Reserveheizung und als Gangreserve für die Nutzlast verwendet. "

Nach Angaben des Unternehmens wiegt ThermaSat 2,4 kg, einschließlich einer Standardladung von 1 kg destilliertem Wasser, und besteht aus zwei CubeSat-Einheiten (2 HE). Sie können die Bewegung von Raumfahrzeugen bis zu 16 CubesSat-Einheiten ermöglichen. Wenn Wasser zu Dampf wird, erzeugt es einen Schub von 1,02 N und einen spezifischen Impuls von 203 Sekunden. Dies reicht aus, um CubeSat länger als fünf Jahre in einer erdnahen Umlaufbahn oder monatelang statt wochenlang in einer sehr erdnahen Umlaufbahn zu halten.

Darüber hinaus bietet ThermaSat CubeSat die Möglichkeit, seine Umlaufbahn zu ändern. Dies bedeutet, dass Weltraumsatelliten in Formation fliegen, auf Befehl die Umlaufbahn verlassen und Kollisionen mit anderen Satelliten vermeiden können.