Д.Д. Борискин1, А.П. Плохих2

1,2 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 ddboriskin@gmail.com, 2 plokhikh2001@mail.ru

Постановка проблемы. В последние десятилетия наблюдается значительный рост интереса к космическим исследованиям, направленным на изучение дальнего космоса и околоземного межпланетного пространства. В условиях усложнения и расширения научных задач особую актуальность приобретает проблема увеличения срока активного существования и оптимизации массы космических аппаратов. Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является использование электроракетных двигательных установок (ЭРДУ).

Цель. Провести анализ текущих и перспективных космических миссий, направленных на исследование дальнего космоса космическими аппаратами с ЭРДУ, для прогноза их дальнейшего развития.

Результаты. Проведён комплексный анализ космических миссий, направленных на исследование дальнего космоса с использованием ЭРДУ. На основе проведенного анализа определено текущее состояние и тенденции использования ЭРДУ в миссиях по освоению дальнего космоса.

Практическая значимость. Представленный анализ миссий и технических характеристик космических аппаратов может быть полезен техническим специалистам при разработке и обосновании новых подходов к проектированию и использованию космических аппаратов, оборудованных ЭРДУ, в задачах освоения дальнего космоса.

Борискин Д.Д., Плохих А.П. Прогнозный анализ применения электроракетных двигателей в миссиях дальнего космоса // Электромагнитные волны и электронные системы. 2025. Т. 30. № 4. С. 22−39. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202504-03

1. Гусев Ю.Г., Пильников А.В. Роль и место электроракетных двигателей в Российской космической программе // Труды МАИ. 2012. № 60. С. 22.
2. Важенин Н.А., Обухов В.А., Плохих А.П., Попов Г.А. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов и их влияние на радиосистемы космической связи. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2013. 432 c. ISBN 978-5-9221-1410-3.
3. Hasegawa S., Muller T.G., Kawakami K., Kasuga T., Wada T., ITA Y., Takato N., Terada H., Fujiyoshi T., Abe M. Albedo, Size, and Surface Characteristics of Hayabusa-2 Sample-Return Target 162173 1999 JU3 from AKARI and Subaru Observations // Publications of the Astronomical Society of Japan. 2008. V. 60. № SP2. P. S399–S405. DOI 10.1093/pasj/60.sp2.S399.
4. Schedule | News | JAXA HAYABUSA2 PROJECT. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/ news/schedule/, дата обращения 04.05.2025.
5. Watanabe S., Tsuda Yu., Yoshikawa M., Tanaka S., Saiki T., Nakazawa S. Hayabusa2 Mission Overview // Space Science Reviews. 2017. V. 208. № 1. P. 3–16. DOI 10.1007/s11214-017-0377-1.
6. Tsuda Y., Yoshikawa M., Abe M., Minamino H., Nakazawa S. System design of the Hayabusa 2 – Asteroid sample return mission to 1999 JU3 // Acta Astronautica. 2013. V. 91. P. 356–362. DOI10.1016/j.actaastro.2013.06.028.
7. Benkhoff J., Novara M., Reininghaus U., Stramaccioni D., Sutherland O., Zender J., Murakami G., Baumjohann W., Besse S., Casale M., Bunce E., Cremosese G., Glassmeier K.-H., Heyner D., Hayakawa H., Saito Y., Hiesinger H., Huovelin J., Hussmann H., Iafolla V. Milillo A., Orsini S., Santoli F., Iess L., Kasaba Y., Kobayashi M., Mitrofanov I.G., Montagnon E., Quemerais E., Thomas N., Yoshikawa I. BepiColombo – Mission Overview and Science Goals // Space Science Reviews. 2021. V. 217. № 8. P. 90. DOI 10.1007/s11214-021-00861-4.
8. Mangano V., Milillo A., Grassi D., Peron R., Lucente M., Massetti S., Alberti T., Santoli F., Orsini S., Volwerk M., Varsani A., Plaschke F., Lichtenegger H., Laky G., Baumjohann W., Dósa M., Madár Á., Erdős G., Fränz M., Krüger H. Oliveira J.S., Zender J., Benkhoff J., Chaufray J.Y., Quemerais E., Murakami G., Saito Y., De La Fuente S., Iwai K., Miyoshi Y., Kasaba Y., Kobayashi M., Kilpua E.K.J., Huovelin J., Plainaki C., Mckenna-Lawlor S., Jackson B.V., Odstrcil D., Hirai T., Vainio R., Jarvinen R., Belyaev D., Ivanovski S.L., Dong C., Besse S., Cornet T., Lee Y.J., Heyner D., Slavin J.A., Zhong J., Aizawa S., Schmidt C.A., Barabash S., Iess L., Montagnon E., Hiesinger H., Helbert J., Maturilli A., Kozyrev A.S., Mitrofanov I.G., Moissl R., Quarati F. BepiColombo Science Investigations During Cruise and Flybys at the Earth, Venus and Mercury // Space Science Reviews. 2021. V. 217. № 1. P. 27. DOI 10.1007/s11214-021-00797-9.
9. Lewis R. A. et al. Qualification of the T6 Thruster for BepiColombo // Joint Conference of the 30th International Symposium on Space Technology and Science, 34th International Electric Propulsion Conference, and 6th Nano-satellite Symposium. 2015.
10. Lord P., Tilley S., Oh D.Y., Goebel D., Polanskey C., Snyder S., Carr G., Collins S.M., Lantoine G., Landau D., Elkins-Tanton L. Psyche: Journey to a Metal World // IEEE Aerospace Conference Proceedings. 2017. P. 7943771. DOI 10.1109/AERO.2017. 7943771.
11. Zuber M.T., Park R.S., Elkins-tanton L.T., Bell J.F., Bruvold K.N., Bercovici D., Bills B.G., Binzel R.P., Jaumann R., Marchi S., Raymond C.A., Roatsch T., Wang Ch.C., Weiss B.P., Wenkert D., Wieczorek M.A. The Psyche Gravity Investigation // Space Science Reviews. 2022. V. 218. № 8. P. 1–12. DOI 10.1007/s11214-022-00905-3.
12. Hart W., Brown G.M., Collins S.M., De Soria-Santacruz Pich M., Fieseler P., Goebel D., Marsh D., Oh D.Y., Snyder S., Warner N., Whiffen G., Elkins-Tanton L.T., Bell J.F., Lawrence D.J., Lord P., Pirkl Z. Overview of the spacecraft design for the Psyche mission concept // IEEE Aerospace Conference Proceedings. 2018. P. 1-20. DOI 10.1109/AERO.2018.8396444.
13. Ferreira J.L., Martins A.A., Miranda R.A. et al. Development of a Solar Electric Propulsion System for the First Brazilian Deep Space Mission // 35th Electric Propulsion Conference. IEPC-2017-166. Georgia Institute of Technology. 2017. 14 p.
14. Walker R. et al. Miniaturized Asteroid Remote Geophysical Observer (M-ARGO): a stand-alone deep space CubeSat system for low-cost science and exploration missions // 6th Interplanetary CubeSat Workshop. 2017. V. 30. № 5.
15. Борискин Д.Д., Плохих А.П., Важенин Н.А. Современное состояние и перспективы развития бортовых радиосистем дальней космической связи // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 3. С. 97−109. DOI 10.18127/ j15604128-202403-10.
16. Walker R., Binns D., Bramanti C., Casasco M., Concari P., Izzo D., Feili D., Fernandez P., Fernandez J.G., Hager P., Koschny D., Pesquita V., Wallace N., Carnelli I., Khan M., Scoubeau M., Taubert D. Deep-space CubeSats: thinking inside the box // Astronomy & Geophysics. 2018. V. 59. № 5. P. 5.24–5.30. DOI 10.1093/astrogeo/aty232
17. Herman D.A., Gray T., Johnson I., Kerl T., Lee T., Silva T. The application of advanced electric propulsion on the NASA power and propulsion element (PPE) // International Electric Propulsion Conference. 2019. № GRC-E-DAA-TN72776.
18. Dendy R., Zeleznikar D.J., Zemba M.J. NASA lunar exploration – gateway's power and propulsion element communications links. 2021.
19. Cataldo G., Affentranger L., Clement B.G., Glavin D.P., Hughes D.W., Hall J., Sarli B., Szalai Ch.E. The planetary protection strategy of Mars Sample Return’s Earth Return Orbiter mission // Journal of Space Safety Engineering. 2024. V. 11. № 2. P. 374–384. DOI 10.1016/j.jsse.2024.04.013.
20. Rubinsztejn A., Sood R., Laipert F. Expected thrust fraction: resilient trajectory design applied to the Earth return orbiter. 2021.
21. Sutherland O. et al. Mars Sample Return-Earth Return Orbiter: ESA's next Interplanetary Electric Propulsion Mission Concept // 36th International Electric Propulsion Conference. 2019.
22. Sarli B., Horikawa M., Yam C.H., Kawakatsu Y., Yamamoto T. DESTINY+ trajectory design to (3200) Phaethon // The Journal of the Astronautical Sciences. 2018. V. 65. P. 82–110. DOI 10.1007/s40295-017-0117-5.
23. Ozaki N., Yamamoto T., Gonzalez-Franquesa F., Gutierrez-Ramon R., Pushparaj N., Chikazawa T., Tos D.A.D., Çelik O., Marmo N., Kawakatsu Ya., Arai T., Nishiyama K., Takashima T. Mission design of DESTINY+: Toward active asteroid (3200) Phaethon and multiple small bodies // Acta Astronautica. 2022. V. 196. P. 42–56. DOI 10.1016/j.actaastro.2022.03.029.
24. Ishibashi K. et al. Telescopic camera for Phaethon (TCAP) and multiband camera for Phaethon (MCAP) to be installed on the Destiny+ spacecraft // 42nd COSPAR Scientific Assembly. 2018. V. 42. P. B1. 1-63-18.
25. Jedrey T., Lock R., Matsumoto M. Conceptual Studies for the Next Mars Orbiter (NeMO). 2016.
26. NASA is counting on long-lived Mars orbiter lasting another decade – Spaceflight Now. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://spaceflightnow.com/2018/04/09/nasa-is-counting-on-long-lived-mars-orbiter-lasting-another-decade/, дата обращения 05.05.2025.
27. Herman D.A. NASA's Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) Project Qualification Propellant Throughput Milestone: Performance, Erosion, and Thruster Service Life Prediction after 450 kg // 57th Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting. 2010. № E-17447.
28. АО ГНЦ «Центр Келдыша». [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://keldysh-space.ru/nasha-deyatelnost/raketno-kosmicheskaya-deyatelnost/kosmicheskaya-energetika/yadernaya-energetika/, дата обращения 05.05.2025.
29. Ловцов А.С., Селиванов М.Ю., Томилин Д.А., Шагайда А.А., Шашков А.С. Основные результаты разработок центра Келдыша в области ЭРДУ // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2020. № 2. С. 3–15. DOI 10.31857/ S0002331020020077.