CubeSat衛星用の蒸気エンジン

Howe Industriesは、CubeSatsマイクロサテライトを推進するための太陽電池式蒸気ロケットエンジンを発表しました。 ThermaSatモーターは、可動部品が2つしかないため、サーマルコンデンサーを使用して、蒸留水を瞬時に過熱蒸気に変換します。

標準化された10cmの立方体形状のブロックで構成されるCubeSatは、大きくて複雑な宇宙船を、迅速かつ安価に展開できる小さくて単純な星座に置き換えることで、衛星に革命を起こすことができます。

ただし、サイズが小さいということは、デザインにトレードオフがあることも意味します。大型の衛星は、軌道上に維持したり、必要に応じて変更したりするために、数年または数十年の燃料を運ぶことができますが、CubeSatには、エンジンを実行するための燃料および電力システムは言うまでもなく、エンジン用のスペースがあまりありません。

さらに悪いことに、CubeSatは通常、主なロケットの負荷で軌道に乗ります。つまり、可燃性、爆発性、加圧、または有毒なエンジン燃料を避ける必要があります。

ほとんどのCubeSatは地球の低い軌道に配置されているため、これは残念なことです。つまり、エンジンがないと、軌道がすぐに中断され、大気中で燃え尽きることがよくあります。これは小さな宇宙船の有用性を制限し、CubeSatsは通常、構築と起動が安価になるように設計されていますが、コストは依然として増加しています。

これを克服するために、Howe IndustriesはThermaSatを開発しています。これは、CubeSatの片側にインストールできる別個のモジュールです。この背後にある原理は非常に単純であるため、西暦1世紀にアレクサンドリアのヘロンによって最初に実証されました。水は蒸気に変わるまで加熱され、推力が発生します。

最も難しいのは、ボイラー、内部電源、または熱を提供するための大きなソーラーリフレクターなしで蒸気を生成することです。代わりに、ThermaSatは反射板よりも少ない表面積を使用して太陽光を集中させ、かなり巧妙な熱コンデンサーを使用して熱を保持します。

「システムの中心には、相変化材料で作られた独自のサーマルコンデンサがあり、露出面のわずか20平方インチ（129 cm2）から収集した太陽熱を集中して蓄積します」とThermaSatのR＆Dエンジニアであるジャックミラーは述べています。

「フォトニッククリスタルと金色のミラーの組み合わせを使用すると、完全に不活性なコンデンサは、1052 K（779°C）の動作温度に達します。これにより、リチウムイオンバッテリーに匹敵する特定のエネルギーが得られますが、爆発の可能性はありません。サイドソーラーパネルは、電気力学、バックアップ加熱、およびペイロードの予備電力として機能します。」

同社によれば、ThermaSatの重量は2.4 kgで、標準的な負荷1 kgの蒸留水を含み、2つのCubeSatユニット（2U）で構成されています。それらは最大16個のCubesSatユニットの宇宙船の動きを提供することができます。水が蒸気に変わると、1.02Nの推力と203秒の比インパルスが発生します。これは、CubeSatを5年以上低地球軌道に維持するか、数週間ではなく数か月間非常に低地球軌道に維持するのに十分です。

さらに、ThermaSatは、CubeSatに軌道を変更する機能を提供します。これは、宇宙衛星が隊形で飛行し、コマンドで軌道を外し、他の衛星との衝突を回避できることを意味します。