חוקרי הטכניון פיתחו מנוע רקטי חשמלי מהפכני ללוויינים קטנים

55

חוקרי מכון אשר לחקר החלל בטכניון פיתחו מנוע רקטי חשמלי מהפכני ללוויינים קטנים בשם "קמילא" (CAMILA – Co-Axial Magneto-Isolated Longitudinal Anode) ששייך לסוג המנועים הנקראים – "מנועי הול" (Hall Thrusters) אשר שימושם בלוויינים הולך וגדל. הטכניון רשם פטנט על הפיתוח, שהוצג כבר בשני כנסים בעולם ועורר עניין רב. עיקרון הפעולה של מנוע הול מבוסס על יינון (עקירת אלקטרונים מן האטומים) של הדלק (גז Xenon) והאצתו החשמלית בשדה מגנטי לעבר המפלט (exhaust).

במכון אשר לחקר החלל בטכניון הוקמה מעבדה מיוחדת להנעה חשמלית, העוסקת בפיתוח מנועים אלו. ד"ר אלכסנדר קפולקין מהמכון פיתח את המנוע החדשני. הוא היה תלמידו של פרופסור אלכסי מרוזוב, מהמכון לאנרגיה גרעינית במוסקבה, שהיה אחד מאבות מפתחי המנועים הרקטיים החשמליים בעולם. ד"ר קפולקין ניהל בעבר את ה"מעבדה לפיסיקה והנדסה" בדנייפרופטרובסק ושימש כפרופסור בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל באוניברסיטת דנייפרופטרובסק, אוקראינה. הוא עלה ארצה בשנת 1999 והצטרף לטכניון בשנת 2000 כחוקר בכיר.

חוקרי הטכניון מסבירים כי במנוע רקטי רגיל (מנוע דלק כימי), מהירות פליטת גזים לא עוברת 4-5 קילומטרים בשנייה, ואילו טווח מהירות זה במנוע רקטי חשמלי גדול יותר. מהירות זאת נקבעת כתלות במשימת הלוויין כאשר ישנה "מהירות פליטת הגזים האופטימאלית". כיום המהירות האופטימאלית של מנוע רקטי חשמלי ברוב הלוויינים היא כ-20 קילומטרים בשנייה. המהירות הגבוהה המתקבלת במנועים אלו מאפשרת להקטין את כמות הדלק הנדרש לביצוע משימות חלל ולכן את מסת הלוויין, ובסופו של דבר לצמצם את עלויות השיגור. רוב הלוויינים המשוגרים כיום שייכים לקטגוריה של לוויינים קטנים הדורשים להפעלתם מנועים רקטיים חשמליים קטנים עם הספק נמוך, כמו זה שפותח בטכניון.

במנוע הטכניוני יש שלושה שינויים מיוחדים, שלא קיימים במנועי הול אחרים:

  1. הקונפיגורציה של האנודה השתנתה באופן מהותי. אם במנוע הול רגיל משטח עבודה של האנודה אנכי לציר מנוע, ב"קמילא" הוא אופקי.
  2. אספקת הדלק (גז Xenon) מתבצעת לא ישירות דרך האנודה אלא דרך כלי מיוחד שנקרא "מפזר גז" (מפלג) המבודד ממגע אנודה.
  3. במנועי הול הקיימים כיום השדה מגנטי קרוב יותר לצורה רדיאלית (אנכי לציר המנוע) ואילו ב"קמילא" לשדה המגנטי קיימת

קונפיגורציה מורכבת יותר. באזור תאוצת היונים (היציאה מהמנוע) השדה המגנטי הוא רדיאלי ובצד השני, הקרוב יותר לאנודה (אזור יוניזציה) – השדה המגנטי מקביל לציר המנוע. שינוים עקרוניים ומהותיים אלו מונעים איבוד יונים לקירות המנוע, וכך נצילות המנוע עולה.

בגלל השינויים שהוכנסו במנוע הול על ידי חוקרי הטכניון, צריכת הדלק קטנה וזה מאפשר להגדיל את יעילות נצילותם של מנועי ההול בלוויינים. מנוע הול שפותח בטכניון נועד בראש ובראשונה לתעשיית החלל הישראלית.

בתמונה: "קמילא" – המנוע הול המהפכני שפותח במכון אשר לחקר החלל בטכניון