Butan jako pohon cubesatu

Butan jako pohon cubesatu

22. prosince 2017

O cubesatu GOMX-4B nepíšeme na našem webu poprvé. Na konci listopadu jsme mu věnovali článek, ve kterém jsme představili jeho hlavní úkoly, mezi které patří kromě testování nových technologií i zkouška komunikačního propojení s jiným cubesatem. Dnes se ale zaměříme na pohonný systém, díky kterému bude tento cubesat moci měnit svou oběžnou dráhu. Jde o jednotku, která byla speciálně připravena pro potřeby malých družic. Start obou cubesatů složených ze šesti základních kostek se již pomalu blíží – do vesmíru mají letět již 2. února na čínské raketě Dlouhý pochod 2D.

Cubesat GOMX-4B
Zdroj: http://www.esa.int/

ESA využívá především toho, že cubesaty se staví mnohem rychleji a levněji než tradiční družice, což z nich dělá ideální prostředky pro zkoušky nových technologií. Konkrétně dvojice GomX-4A a 4B má otestovat odesílání dat mezi sebou a pak na Zemi. Zatímco GomX-4A patřící dánskému ministerstvu obrany bude stacionární, GomX-4B se bude starat o manévrování až na vzdálenost 4500 kilometrů od svého dvojčete.

O jeho pohon se postará systém vyvinutý švédskou firmou NanoSpace, která jednu stranu cubesatu vybavila tryskami. Ty jsou schopny změnit rychlost cubesatu o 15 m/s, což upřímně řečeno není mnoho – tato rychlost odpovídá 54 km/h, ale cubesat o velikosti krabice od bot váží pouhých osm kilogramů, takže mu ke změně dráhy stačí jen drobné šťouchance.

Butanové trysky
Zdroj: http://www.esa.int/

„Používáme dvě tlakové nádrže a dva páry trysek,“ popisuje Tor-Arne Grönland, který šéfuje firmě NanoSpace a dodává: „Místo toho, aby pohonný systém palivo spaloval, používáme jednodušší trysky na stlačený plyn. Jednotka je speciálně navržena pro takto malé mise. Tím, že je jednodušší, může být mnohem levnější a menší.“

Systém práce takového systému je poměrně jednoduchý. „Pohonné médium je skladováno v tlakové nádobě a následně je vypuštěno skrz drobnou trysku. Výhodu získáváme tím, že používáme zkapalněný butan, který se při vypuštění změní v plyn,“ vysvětluje Tor-Arne Grönland a dodává: „Jelikož skladujeme pohonné médium v kapalné formě, podobně jako v zapalovači, můžeme do relativně malé nádrže dostat maximální možné množství molekul butanu – kapalina má až tisíckrát vyšší hustotu než plyn.“

Čip trysky cubesatu GomX-4B
Zdroj: http://www.esa.int/

Každá tryska generuje tah pouze 1 mN, což je opravdu velice slabá síla. Pro lepší představu tento údaj zhruba odpovídá váze pírka na dlani. Pro změnu rychlosti a tedy i dráhy osmikilového cubesatu to však bohatě stačí. Samotné trysky budou většinou „zažehovány“ (nebo aktivovány, chcete-li) po dvojicích, ale dokáží pracovat i v samostatném režimu.

„Ve srovnání s typickou družicí, která váží půl tuny a disponuje hydrazinovými tryskami s tahem 1 N, jsme zhruba stokrát lehčí a tisíckrát slabší,“ porovnává Tor-Arne Grönland a dodává: „Všechny prvky jako je komora, tryska a senzory, jsme dostali na čip o rozměrech 1×2 centimetry, který je silný jen 1 milimetr.“

Výroba čipu ve firmě NanoSpace.
Zdroj: http://www.esa.int/

Firma NanoSpace není na poli trysek se stlačeným plynem žádným nováčkem. Zkušenosti už sbírala na menší verzi, kterou do vesmíru nesla čínská družice TW-1 v roce 2015. V rámci mise GomX-4B by však měl být celý systém prověřen mnohem podrobněji. „Plánujeme různé typy „zážehů“ – dlouhé, krátké, pulsní, s rostoucím i klesajícím výkonem. Je důležité, že tyto testy uděláme na začátku mise a později je zopakujeme, abychom ověřili, zda systém pracuje spolehlivě.“

Samotná firma NanoSpace začala jako komerční spin-off z univerzity ve švédské Uppsale. Vloni ji získala dánská firma GomSpace, která vyvíjí cubesaty GomX-4. Firmy nyní pracují na sestavě více než 200 cubesatů pro komerčního klienta. Firma NanoSpace v současnosti navíc vyvíjí trysky pro pohyb různých družic ve formacích, jejich setkávání a spojování, nebo pro orientaci cubesatů v hlubším vesmíru.