- Водяная тяга для спутников может использовать паровую тягу (резистоджет), электролиз для получения водорода и кислорода для сгорания или водно-плазменные/ионные двигатели для тяги с высоким удельным импульсом.
- Vigoride компании Momentus Space использует микроволновой электро-тепловой двигатель (MET), который с помощью солнечной энергии нагревает воду микроволнами, превращая её в плазму и выбрасывая в виде высокоэнергетической струи.
- В январе 2023 года Vigoride-5 от Momentus совершил 35 включений двигателя и поднял свою орбиту примерно на 3 км, используя только водяную тягу.
- В 2018 году спутники HawkEye 360 Pathfinder и радарный спутник Capella Space использовали водяные двигатели Comet от DSI для поддержания орбиты, что стало первым коммерческим использованием водяной тяги в космосе.
- В 2019 году CubeSat AQT-D Токийского университета был выведен с МКС и испытал водяной резистоджет для управления ориентацией и небольших изменений орбиты.
- В миссии NASA Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) в 2021 году на 6U CubeSat был установлен водно-электролизный двигатель Hydros для демонстрации тяги на основе электролиза воды в космосе.
- ArianeGroup планирует провести демонстрацию ESMS на орбите к осени 2026 года с двухрежимным водяным двигателем, который электролизует воду примерно за 90 минут, а затем осуществляет 30-секундный двухкомпонентный импульс, достигая примерно 300 секунд удельного импульса и, по сообщениям, снижая стоимость тяги до трети.
- Тяговый двигатель Pale Blue PBR-20 (1 мН тяги, более 70 с удельного импульса) был испытан в 2019 и 2023 годах, более крупный PBR-50 (10 мН) был запущен в начале 2024 года, а компания планирует первый в мире ионный водяной двигатель размером 1U на двух миссиях D-Orbit в 2025 году.
- К 2024 году водяные двигатели вошли в эксплуатационные группировки: спутники Hawkeye 360, Capella и BlackSky Gen-2 используют водяную тягу Comet для поддержания орбиты.
- В 2019 году демонстрация WINE от UCF и Honeybee Robotics добыла имитированный астероидный лёд для извлечения воды и питания парового ракетного двигателя, иллюстрируя потенциал дозаправки в космосе и «жизни за счёт местных ресурсов».
Представьте будущее, где спутники движутся не за счёт токсичных топлив или редких газов, а с помощью обычной воды. Это может звучать как научная фантастика, но водяные двигатели для спутников быстро становятся реальностью. Эти новые системы тяги используют H₂O в качестве рабочего тела — либо выбрасывая перегретый пар, либо расщепляя воду на водород и кислород для сгорания — чтобы маневрировать космическими аппаратами на орбите. Преимущества очевидны: вода дешева, доступна, экологична и гораздо безопаснее в обращении, чем традиционные ракетные топлива esa.int, nasa.gov. Как выразился астронавт в отставке Крис Хэдфилд, возможность двигать космические аппараты с помощью одной только солнечной энергии и дистиллированной воды — «это большая свобода», особенно учитывая, что вода широко доступна в космосе (от лунных кратеров до льда комет) spaceref.com. В этом обзоре мы рассмотрим, как работает водяная тяга, её преимущества и недостатки, а также последние достижения (до 2025 года), которые переводят эту технологию из разряда экспериментов в массовое использование.
Как работают спутниковые двигатели на водяной тяге?
Одна только вода не горит, как обычное топливо — это реактивная масса, которую разгоняют и выбрасывают для создания тяги. Существует несколько изобретательных способов, которыми инженеры сделали двигатели на водяном топливе возможными:
- Паровая тяга (электротермические двигатели): Самый простой способ — нагреть воду до состояния пара под высоким давлением и выбрасывать его через сопло для создания тяги. Такие конструкции «паровых ракет» или резистоджетов используют электрические нагреватели или микроволновую энергию для кипячения воды. Например, аппарат Vigoride компании Momentus Space использует микроволновой электротермический двигатель (MET), который «нагревает воду микроволнами с помощью солнечной энергии» до кипения и превращения в плазму, выбрасывая её в виде высокоэнергетической струи spaceref.com. Это похоже на установку сопла на чайник или микроволновку — выбрасываемый горячий пар толкает спутник. Паровые двигатели обеспечивают небольшую тягу, но очень безопасны и просты в механическом исполнении. Японский стартап Pale Blue доказал работоспособность такой системы на орбите в 2023 году, используя водяной резистоджет для коррекции орбиты небольшого спутника Sony на несколько километров phys.org. В конструкции Pale Blue вода хранится под низким давлением и испаряется при умеренных температурах, что позволило провести двухминутное непрерывное испытание в космосе phys.org.
- Электролиз (водяные ракетные двигатели): Более энергозатратный метод — это разделение воды на водород и кислород (посредством электролиза) с последующим сжиганием этой смеси в мини-ракетном двигателе. По сути, спутник несет не под давлением жидкую воду, а затем использует электричество от солнечных панелей для производства горючих газов по требованию. Двигатель NASA Hydros, разработанный совместно с Tethers Unlimited, стал пионером этого подхода spinoff.nasa.gov. Оказавшись на орбите, Hydros электролизует воду в H₂ и O₂, которые хранятся в баллонах, а затем воспламеняет их в камере для получения импульсов тяги spinoff.nasa.gov. Это «гибрид электрической и химической тяги», объясняет генеральный директор Tethers Unlimited Роберт Хойт — солнечная энергия используется для расщепления воды, но последующее сгорание дает мощный толчок spinoff.nasa.gov. Европейские инженеры из ArianeGroup разрабатывают аналогичную систему: большой бак с водой питает электролизер, а водород/кислород воспламеняются примерно через 90 минут генерации, обеспечивая около 30 секунд тяги за цикл ariane.group. Этот циклический процесс накопления и сжигания может обеспечивать уровень тяги значительно выше, чем у ионных электрических двигателей (по оценкам ArianeGroup, до 14 раз больше тяги на единицу подводимой мощности по сравнению с ионными двигателями Холла) esa.int. Компромисс — это умеренный удельный импульс, то есть топливная эффективность, находящаяся между обычной химической и электрической тягой esa.int. Тем не менее, характеристики впечатляют: «У гидразина удельный импульс 200 с против 300 с у воды», отмечает Жан-Мари Ле Кок из ArianeGroup, сравнивая их водяной двигатель в пользу замены токсичного топлива ariane.group.
- Ионные и плазменные двигатели на воде: Вода также может использоваться в качестве рабочего тела в передовых электрических двигательных системах. В этих конструкциях водяной пар ионизируется или иным образом возбуждается до состояния плазмы, затем ускоряется электромагнитными полями для создания тяги (аналогично ионному двигателю на ксеноне). Например, компания Pale Blue разрабатывает водяной ионный двигатель, который использует микроволновой плазменный источник для атомизации молекул воды и выброса ионов для создания тяги phys.org. Такие системы могут достигать гораздо более высокого удельного импульса (500+ секунд), поскольку рабочее тело выбрасывается с экстремально высокими скоростями reddit.com. Аналогично, исследователи испытывали дуговые водяные двигатели (~550 с уд. импульса) и микроволновые плазменные двигатели (до 800 с уд. импульса) reddit.com – показатели, сопоставимые или превосходящие многие современные электрические двигатели. Основная задача здесь — управление генерацией плазмы и предотвращение коррозии электродов из-за побочных продуктов воды. Но потенциал огромен: водяные двигатели с высоким удельным импульсом могут сделать воду более эффективной по массе, чем традиционное топливо для определённых миссий reddit.com. Это всё ещё развивающиеся технологии; первые демонстрации водяного ионного двигателя Pale Blue на орбите запланированы на 2025 год в рамках двух миссий с транспортным космическим аппаратом D-Orbit payloadspace.com. В будущем гибридные двигатели могут даже сочетать режимы — например, двойная система, обеспечивающая мощные паровые импульсы при необходимости и эффективную ионную тягу для длительных перелётов phys.org.
Во всех случаях основная идея заключается в использовании электрической энергии (от солнечных панелей) для добавления кинетической энергии массе воды и выбрасывании её для создания тяги. Сама вода инертна и нетоксична, что делает её исключительно удобной — её можно хранить в виде жидкости (не нужны баллоны высокого давления при запуске), и она не взорвётся и не отравит обслуживающий персонал. Двигательная установка «просыпается» только после того, как спутник безопасно выходит на орбиту и появляется энергия для нагрева или электролиза воды. Именно эта работа по требованию и является причиной, по которой NASA инвестирует в водяные двигатели для малых спутников: «PTD-1 удовлетворит эту потребность, впервые продемонстрировав в космосе систему электролитического водяного двигателя для космических аппаратов», — говорит Дэвид Майер, руководитель проекта миссии 2021 года nasa.gov. В следующих разделах будет рассмотрено, почему эта концепция так привлекательна — и какие проблемы ещё предстоит решить.
Преимущества водяной тяги
Безопасность и простота: Традиционные спутниковые топлива, такие как гидразин или ксенон, либо крайне токсичны, коррозийны, либо требуют тяжёлых баллонов высокого давления. Вода, напротив, «самое безопасное ракетное топливо, которое я знаю», отмечает Майер nasa.gov. Она нетоксична, невоспламеняема и стабильна при комнатной температуре, что делает интеграцию и запуск гораздо проще и дешевле nasa.gov. Не нужны защитные костюмы или сложные процедуры заправки — «можно дать студентам поиграть с этим, и они себя не отравят», шутит генеральный директор Tethers Unlimited spinoff.nasa.gov. Этот фактор безопасности особенно важен для CubeSat, запускаемых в составе попутных грузов на ракетах с дорогими основными полезными нагрузками, где строгие правила часто запрещают взрывчатые вещества или баллоны высокого давления на борту nasa.gov. Водяные системы остаются безвредными до активации на орбите, что снижает требования по безопасности стартового комплекса. Это открыло возможность даже для самых маленьких CubeSat иметь собственную тягу, что ранее было невозможно из-за ограничений по безопасности топлива.
Низкая стоимость и вездесущность: Вода стоит очень дешево и доступна повсеместно. Нет узких мест в цепочке поставок — любая стартовая площадка в мире может легко получить чистую воду (и пролить немного без последствий). «Вода доступна везде на Земле и может транспортироваться без риска», подчеркивает Николас Харманса из ArianeGroup, который уверен, что «вода — топливо будущего» ariane.group. За литр вода стоит копейки, тогда как экзотические электрические пропелленты, такие как ксеноновый газ, подвержены колебаниям цен и поставок. Оборудование для водяных двигателей также может быть дешевле: не нужны толстостенные баллоны высокого давления или трубопроводы для токсичных материалов. В целом, по оценкам ArianeGroup, использование воды может снизить стоимость системы тяги в три раза по сравнению с традиционными системами ariane.group. Европейское космическое агентство выяснило, что спутник массой 1 тонна может сэкономить около 20 кг массы, перейдя с гидразина на двигатель с водным электролизом, а также «значительно снизить затраты на обслуживание и заправку» esa.intesa.int. Для коммерческих операторов эти экономии массы и денег означают больше полезной нагрузки и меньший риск.
Дозаправка и устойчивость в космосе: Возможно, самое захватывающее преимущество заключается в том, как водяная тяга может обеспечить устойчивую космическую инфраструктуру. Вода распространена не только на Земле — она изобилует по всей Солнечной системе. Ледяные залежи на Луне, Марсе, астероидах и таких спутниках, как Европа, по сути являются «космическими заправками», ожидающими, чтобы их использовали mobilityengineeringtech.com. В отличие от токсичных топлив, для воспроизводства которых за пределами Земли потребовались бы сложные химические заводы, воду можно добывать и использовать непосредственно в качестве топлива после минимальной обработки. Это имеет огромное значение для исследований дальнего космоса: космический аппарат может пополнять свои баки, добывая лед в пункте назначения, и затем продолжать путешествие бесконечно. Первое демонстрационное испытание этой концепции состоялось в 2019 году, когда команда из UCF и Honeybee Robotics испытала прототип WINE (World Is Not Enough) — небольшой посадочный аппарат, который добывал имитированный лед астероида и использовал его для создания паровой реактивной тяги en.wikipedia.org. WINE успешно пробурил ледяной реголит, извлек воду и подпрыгнул в вакуумной камере на струе пара — доказав, что аппарат может «жить за счет местных ресурсов» и заправляться для «вечных исследований» en.wikipedia.org. В долгосрочной перспективе космические аппараты на водяной тяге смогут перемещаться от астероида к астероиду, не нуждаясь в пополнении запасов с Земли en.wikipedia.org. Даже для околоземных операций такие компании, как Orbit Fab, рассматривают воду в качестве кандидата для орбитальных заправочных сервисов, учитывая простоту ее обращения. Всё это делает водяную тягу краеугольным камнем космической экономики, которую стремятся построить визионеры: «мы рассматриваем воду как фундаментальный ресурс, ключевой для этой экономики», — говорит Хойт, который разрабатывает двигатели Hydros следующего поколения с заправочными портами для неограниченного срока службы spinoff.nasa.gov.
Экологическая и эксплуатационная чистота: Как зелёный пропеллент, вода не производит вредных выбросов – только водяной пар или следы водорода/кислорода, которые быстро рассеиваются. Это хорошо не только для окружающей среды Земли, но и для чувствительных систем космических аппаратов. Оптические сенсоры или звёздные трекеры не будут запотевать от осадка, и нет риска коррозионного воздействия струи на деликатные поверхности mobilityengineeringtech.com. Крис Хэдфилд отмечает, что двигатели на водной основе идеально подходят для сервисных миссий, таких как подъём стареющего космического телескопа Хаббл, потому что они «не могут распылять [на Хаббл] какой-либо осадок от топлива» spaceref.com. Мягкая, контролируемая тяга водяного плазменного двигателя может поднимать или понижать орбиты без сильных толчков химических двигателей, снижая механическую нагрузку во время деликатных операций spaceref.com. В итоге, водяная тяга более дружелюбна не только к тем, кто запускает и строит спутники, но и к самим спутникам и их небесным соседям.
Иллюстрация малого спутника, использующего водяной двигатель на орбите. Тяга на водяном топливе может быть достигнута путём электрического нагрева или электролиза воды для создания тяги, предлагая более безопасную и «зелёную» альтернативу традиционным химическим ракетам nasa.govnasa.gov.
Проблемы и ограничения
Если водяная тяга так хороша, почему все спутники до сих пор её не используют? Как и у любой новой технологии, есть компромиссы и препятствия, которые нужно преодолеть:
Меньшая тяга (в некоторых режимах): Резистоджетные двигатели на чистой воде, как правило, имеют довольно низкую тягу по сравнению с химическими ракетами. Кипящая вода может выбрасываться только с определённой скоростью (обычно обеспечивая удельный импульс порядка 50–100 секунд для простых паровых двигателей reddit.com, blog.satsearch.co). Это приемлемо для небольших CubeSat, выполняющих мягкие коррекции, но означает, что манёвры будут медленными. Паровой двигатель с Isp 50 с обеспечивает «намного меньшую отдачу за свои деньги» по импульсу, чем типичный гидразиновый двигатель с Isp 300 с reddit.com. Отрасль решает эту проблему, переходя к более энергоёмким технологиям, таким как плазменные двигатели (Isp 500+ с) и водные двухкомпонентные двигатели (~300 с Isp) reddit.com, ariane.group. Тем не менее, отношение тяги к мощности остаётся ограничивающим фактором — для получения значимой тяги от воды требуется достаточное количество электроэнергии. На малых спутниках мощность ограничена, поэтому существует потолок по тяге, если только они не оснащены большими солнечными панелями или другими источниками энергии. Поэтому даже лучшие водно-ионные двигатели будут подходить для медленного подъёма орбиты, а не для быстрых орбитальных переходов (пока что). Инженерам необходимо тщательно оценить, могут ли требования миссии по дельта-V и времени быть выполнены с помощью электрического водяного двигателя или требуется более тяговитая химическая система.
Энергетические и тепловые требования: Воду легко хранить, но превращение её в горячий газ или плазму требует большого количества энергии. Особенно энергоёмким является электролиз — расщепление воды по своей природе неэффективно, а затем необходимо ещё и воспламенить газы. Электролизёры и нагреватели добавляют сложности и могут стать точками отказа. Управление теплом — ещё одна проблема: системы кипячения или плазмы могут работать при высоких температурах, что сложно в вакууме космоса, где охлаждение затруднено. Хойт из Tethers Unlimited отметил проблемы с материалами при работе с «водородом, кислородом и перегретым паром» — коррозия и загрязнение могут легко вывести систему из строя spinoff.nasa.gov. Конструкторам приходится использовать специальные покрытия и сверхчистую воду, чтобы избежать загрязнения электродов и обеспечить долгий срок службы spinoff.nasa.gov. Эти проблемы постепенно решаются (с помощью лучших материалов и изоляции электролизёра от камеры сгорания, например), но на создание надёжного двигателя ушли годы исследований и разработок. На самом деле, несмотря на то, что NASA теоретизировало о водяных ракетах с 1960-х годов, только недавно появился «практический двигатель на водном электролизе» благодаря преодолению этих технических трудностейspinoff.nasa.gov.
Компромисс между производительностью и хранением: Вода занимает много места. У неё приличная плотность (1 г/мл, как у многих жидких топлив), но она не содержит собственной химической энергии. Это означает, что для миссий с большим изменением скорости бак с водяным топливом может быть больше, чем бак с более энергоёмким топливом. Спасает воду то, что современные двигатели могут подавать внешнюю энергию, чтобы компенсировать это. Например, микроволновый электро-тепловой двигатель, подающий 5 кВт в воду, может достигать ~800 с удельного импульса reddit.com, фактически выжимая больше производительности из каждой капли воды. Но такие уровни мощности доступны только на крупных космических аппаратах. Малые спутники могут быть ограничены меньшим удельным импульсом, что делает воду менее эффективной по массе для них. Есть также проблема управления водой на орбите: она может замёрзнуть, если трубки или баки не подогреваются, или вызвать нестабильность тяги, если внезапно переходит в пар. Инженеры решают это с помощью тщательного термоконтроля и регулирования давления (например, поддерживая воду слегка под давлением, чтобы она оставалась жидкой до момента испарения phys.org). Кроме того, хотя вода не находится под давлением при запуске, некоторые системы требуют её прессования в космосе (или хранения электролизованных газов в баках под давлением). Это возвращает часть сложности прессованных систем, хотя и после выхода на орбиту. Планировщики миссий также должны учитывать испарение топлива — вода в нагретом баке может вытекать или испаряться в течение длительной миссии, если бак не герметичен и не охлаждается должным образом.
Летные испытания и доверие: По состоянию на 2025 год водяная тяга все еще является относительно новым игроком в действующих флотах. Многие операторы спутников придерживаются подхода «подождем и посмотрим», желая убедиться, что технология доказала свою надежность. Ранние последователи, такие как HawkEye 360 (использовавшие водяные двигатели в 2018 году) и программа Sony Star Sphere (2023), помогли укрепить доверие geekwire.com, phys.org. Но консервативным заказчикам может понадобиться больше демонстраций, особенно для критически важных миссий, прежде чем отказаться от проверенных химических двигателей. Были и небольшие сбои: например, миссия NASA Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) в 2021 году была направлена на испытание водяного двигателя Hydros от Tethers на орбите nasa.gov. Хотя миссия в целом прошла успешно, любые аномалии или недостаточная производительность (если таковые были) стали уроками для будущих версий. Стоит отметить, что даже успешные испытания пока имеют ограниченную продолжительность (несколько минут работы). Долговременная выносливость этих систем (сотни запусков за годы) сейчас тестируется, но еще не полностью подтверждена в космосе. Это быстро меняется, поскольку такие компании, как Momentus, уже десятки раз запускали свои водяные двигатели на орбите nasdaq.com. Каждая новая миссия расширяет границы, приближая водяную тягу к массовому использованию. Тем временем инженеры и регуляторы тщательно оценивают эти двигатели для установления стандартов и лучших практик (например, чтобы «спутник на водяном топливе» можно было безопасно вывести с орбиты в конце срока службы, оставив немного воды для финального тормозного импульса — это требование по снижению космического мусора).
Короче говоря, ограничения водяной тяги — меньшая мгновенная тяга, энергопотребление и риски ранней стадии разработки — означают, что это пока не универсальное решение для всех сценариев. Но быстрый прогресс последних лет говорит о том, что эти проблемы постепенно преодолеваются, как мы увидим далее на примере реальных миссий и участников рынка.
Ранние инновации и исторические вехи
Концепция использования воды в качестве ракетного топлива для космоса обсуждается уже десятилетиями. Исследователи NASA еще во времена «Аполлона» понимали, что воду можно преобразовать в водород/кислород — ту же мощную комбинацию, которая использовалась на космических шаттлах, — если в космосе есть доступ к энергии spinoff.nasa.gov. Но на протяжении XX века идея оставалась на чертежах: химические ракеты на хранимых токсичных топливах были просто более зрелыми и обеспечивали большую тягу для технологий того времени. Только с миниатюризацией спутников и развитием электрических систем водяная тяга приобрела новую актуальность. Вот некоторые ключевые ранние этапы, приведшие к нынешнему состоянию:
- 2011–2017: Появление CubeSat (крошечных спутников, собранных из кубиков по 10 см) создало потребность в столь же миниатюрных и безопасных двигателях. Исследовательские группы вновь обратились к воде как к идеальному топливу для CubeSat, поскольку многие операторы запусков запрещали химические топлива для вторичных полезных нагрузок. В 2017 году команда Университета Пердью под руководством профессора Алины Алексеенко представила микродвигатель под названием FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array), использующий ультраочищенную воду mobilityengineeringtech.com. В FEMTA использовались капилляры шириной 10 микрон, вытравленные в кремнии; поверхностное натяжение удерживает воду на месте, пока нагреватель не вскипятит ее, выбрасывая микроструи пара. В испытаниях в вакуумной камере двигатель FEMTA обеспечивал управляемую тягу в диапазоне 6–68 мкН с удельным импульсом около 70 с futurity.org, sciencedirect.com. Четыре двигателя FEMTA (всего примерно с чайной ложкой воды) могли повернуть 1U CubeSat менее чем за минуту, используя всего 0,25 Вт энергии mobilityengineeringtech.com. Это стало прорывом, показавшим, что даже очень маломощные системы могут обеспечивать значимое управление ориентацией с помощью воды. Алексеенко отметила привлекательность воды не только для орбит вокруг Земли, но и для использования ресурсов в космосе — «Считается, что вода в изобилии присутствует на марсианской луне Фобос, что делает ее потенциально огромной заправочной станцией в космосе… [и] очень чистым топливом» mobilityengineeringtech.com.
- 2018: Первое операционное использование водяной тяги на орбите состоялось. Американский стартап Deep Space Industries (DSI) разработал электротермический двигатель Comet, небольшое устройство, которое кипятит воду и выбрасывает её для маневрирования малых спутников. В декабре 2018 года двигатели Comet от DSI были установлены на четырёх коммерческих спутниках: три из них предназначались для радиочастотной группировки HawkEye 360 и один — для демонстрационного радара Capella Space geekwire.com. Эти малые спутники успешно использовали водяную тягу для коррекции своих орбит, что ознаменовало дебют водяных двигателей в космосе. Примерно в то же время японский 3U CubeSat под названием AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), разработанный в Токийском университете, был выведен с МКС. AQT-D испытал в орбите систему водяного резистоджет-двигателя в конце 2019 года, продемонстрировав управление ориентацией и небольшие изменения орбиты; это было одним из первых испытаний в космосе со стороны Японии, которое заложило основу для стартапа Pale Blue в будущем blog.satsearch.co.
- 2019: Интерес NASA к водяной тяге перешёл от теории к практике. Компания Tethers Unlimited, в рамках контрактов NASA SBIR и партнёрства “Tipping Point”, поставила готовый к полёту двигатель HYDROS-C для CubeSatspinoff.nasa.govspinoff.nasa.gov. NASA интегрировало его в миссию Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1), 6U CubeSat. Хотя запуск был отложен до 2021 года, эта миссия была нацелена стать «первой демонстрацией водяной электролизной системы тяги космического аппарата в космосе» nasa.gov. Само одобрение водяной тяговой полезной нагрузки свидетельствовало о доверии NASA к её безопасности и полезности для малых миссий. В частном секторе DSI была приобретена компанией Bradford Space в 2019 году geekwire.com, что полностью переключило фокус DSI на тяговые системы. Bradford продолжила продвигать двигатель Comet как нетоксичную альтернативу для малых спутников, и даже крупные интеграторы обратили на это внимание — LeoStella (производитель спутников для группировки наблюдения Земли BlackSky) решила использовать водяные двигатели Comet для своих будущих спутников geekwire.com. К концу 2019 года тенденция стала очевидной: водяная тяга перешла от лабораторных прототипов к реальным космическим аппаратам и привлекла серьёзные инвестиции.
- 2020–2021: Несколько значимых событий удерживали водяные двигатели в центре внимания. Стартап из Вашингтона Momentus Inc. появился с амбициозными планами по созданию буксиров для космоса (орбитальных транспортных средств), работающих на водяных плазменных двигателях. Основанная российским предпринимателем, Momentus привлекла внимание своими обещаниями «водяной плазменной тяги», хотя регуляторные препятствия задержали первые запуски до 2021 года. Тем временем в 2020 году японский стартап Pale Blue Inc., выделившийся из лабораторий Токийского университета, нацелился на коммерциализацию водяной тяги на японском и мировом рынках phys.org. Их план включал небольшие резистоджетные установки и более продвинутые ионные и холловские двигатели, использующие воду. К началу 2021 года NASA наконец запустило PTD-1 (на совместном рейсе SpaceX Transporter-1) с двигателем Hydros nasa.gov. В течение 4-6 месяцев миссии PTD-1 должен был выполнять изменения орбиты с использованием водяного топлива, доказывая работоспособность и надежность, необходимые для будущего применения nasa.gov. Эта миссия стала итогом почти десятилетней работы Tethers и NASA, показав, что даже спутник размером с коробку для обуви может иметь «дешевую и высокоэффективную систему тяги», использующую воду nasa.gov. В 2021 году Европейское космическое агентство также завершило исследование жизнеспособности водяной тяги, определив её как один из лучших вариантов для определённых классов миссий (особенно спутников массой 1 тонна на низкой околоземной орбите) и стимулировав такие компании, как немецкая OMNIDEA-RTG, начать разработки в Европе esa.intesa.int.
Эта ранняя история заложила основу, доказав концепцию и раннее внедрение. Далее мы рассмотрим нынешних игроков, которые масштабируют водяную тягу и миссии, демонстрирующие её возможности.
Ключевые игроки, продвигающие водяную тягу вперёд
К 2025 году динамичная экосистема компаний и космических агентств переводит водяную тягу от демонстраций к внедрению. Вот некоторые из заметных организаций и их вклад:
- Tethers Unlimited (США) и НАСА: Tethers Unlimited (TUI) была пионером с её Hydros водоэлектролизными двигателями, разработанными при финансировании NASA SBIR spinoff.nasa.gov. В партнерстве с NASA Ames и Glenn, TUI запустила Hydros-C на миссии NASA PTD-1, став первопроходцем водяной тяги в CubeSats spinoff.nasa.gov. TUI также создала более крупные установки Hydros-M для спутников массой 50–200 кг по контракту NASA Tipping Point, поставив двигатели компании Millennium Space Systems для испытаний spinoff.nasa.gov. Постоянная поддержка НАСА (через такие программы, как Small Spacecraft Technology и предстоящие миссии On-orbit Servicing) свидетельствует о сильной уверенности агентства в водяном топливе для безопасных, дозаправляемых космических аппаратов. Генеральный директор TUI Хойт видит будущее, где водяные двигатели будут оснащены портами для дозаправки, способными пополняться с орбитальных хранилищ Orbit Fab или добывающих астероиды операций spinoff.nasa.gov.
- Momentus Inc. (США): Momentus разработала уникальный микроволновой электро-термический двигатель (MET), который использует воду для создания плазменных струй, и интегрировала его в орбитальный буксир Vigoride. Несмотря на трудности (включая проверки со стороны регулирующих органов США и задержку слияния через SPAC), Momentus успешно провела несколько демонстрационных полётов Vigoride в 2022–2023 годах. Во время миссии Vigoride-5 в январе 2023 года Momentus «протестировала свой MET-двигатель на орбите с 35 включениями», подтвердив работоспособность двигателя в различных сценариях nasdaq.com. В одном из тестов Vigoride-5 поднял свою орбиту примерно на 3 км, используя только водяную тягу spaceref.com. Член совета директоров компании Крис Хэдфилд активно поддерживает проект, отмечая, что «мы находим гораздо больше воды в нашей Солнечной системе», которую можно использовать в качестве топлива, а MET от Momentus — это по сути «насадка на микроволновку», которая может даже превращать воду в плазму для создания тяги spaceref.com. Сейчас Momentus предлагает услуги орбитального «шаттла», используя низкую стоимость воды, чтобы потенциально конкурировать по цене. Также были предложены амбициозные проекты, например, использование водяного буксира для подъёма орбиты телескопа Хаббл с целью продления его срока службы spaceref.com. Хотя Momentus всё ещё доказывает свою коммерческую жизнеспособность, компания несомненно продвинула технологию, многократно продемонстрировав масштабируемую водяную двигательную систему на орбите.
- Pale Blue (Япония): Стартап, возникший в Токийском университете, Pale Blue — это имя, за которым стоит следить в области водяной тяги в Азии. В марте 2023 года водяной резистоджет-двигатель Pale Blue вывел на орбиту спутник Sony EYE (проекта Star Sphere) — это был первый запуск на орбите частно разработанного японского водяного двигателя phys.org. Двигатель выполнил двухминутное включение, изменив орбиту CubeSat согласно плану, что стало важной вехой для компании phys.org. Pale Blue предлагает ряд двигателей: от серии PBR- (10, 20, 50) резистоджет-модулей для малых спутников до разрабатываемого водяного ионного двигателя PBI и даже планируемого водяного двигателя Холла (PBH) к 2028 году blog.satsearch.co. Их двигатель PBR-20 (тяга 1 мН, уд. импульс >70 с) был испытан в полётах 2019 и 2023 годов, а более мощный PBR-50 (тяга 10 мН) был запущен в начале 2024 года для своей первой миссии blog.satsearch.co. В 2025 году Pale Blue планирует продемонстрировать первый в мире водяной ионный двигатель размером 1U на двух миссиях D-Orbit rideshare (в июне и октябре) payloadspace.com. Японское правительство активно поддерживает Pale Blue — в 2024 году компания получила до 27 миллионов долларов на развитие водяной тяги для коммерческих и оборонных нужд (что говорит о национальном интересе к нетоксичным двигателям для спутников). Благодаря партнёрствам (например, с итальянской D-Orbit) и значительному финансированию, Pale Blue стремится изменить рынок двигателей для малых спутников с помощью безопасных, заправляемых водяных систем.
- Bradford Space (США/Европа): После приобретения Deep Space Industries в 2019 году компания Bradford Space унаследовала Comet water thruster и с тех пор поставляет его для различных спутниковых миссий. Comet позиционируется как «первая в мире действующая система водяной тяги» и уже внедрена у нескольких заказчиков geekwire.com. В частности, спутники-первопроходцы HawkEye 360 и демонстрационный спутник Capella Whitney в 2018 году использовали двигатели Comet для поддержания орбиты geekwire.com. Сиэтлский производитель LeoStella также выбрал двигатели Comet для спутников второго поколения BlackSky для наблюдения Земли, что говорит о доверии к надежности Comet geekwire.com. Двигатель Comet обеспечивает тягу около 17 мН и удельный импульс 175 с blog.satsearch.co, используя электронагреватель для выброса водяного пара. Bradford позиционирует его как «безопасную для запуска» замену гидразиновым системам на малых и средних спутниках blog.satsearch.co. Имея офисы в США и Европе, Bradford также интегрирует технологию Comet в будущие проекты для дальнего космоса (например, их предлагаемый Xplorer — платформа для миссий к астероидам — может использовать водяную тягу для маневрирования в глубоком космосе geekwire.com). По мере роста числа спутниковых группировок производство Bradford испытанных в полете водяных двигателей делает компанию ключевым поставщиком для фирм, которым нужна безопасная для окружающей среды тяга в больших масштабах.
- ArianeGroup и европейские партнеры (ЕС): В Европе крупная аэрокосмическая компания ArianeGroup взяла на себя лидерство в области водяной тяги, стремясь оснастить ею спутники следующего поколения на низкой и средней околоземной орбите (LEO и MEO). На своем объекте в Лампольдсхаузене (Германия) команда ArianeGroup создала гибридный электро-химический водяной двигатель (очень похожий на концепцию Hydros от Tethers) ariane.group. К концу 2023 года они раскрыли детали: система может электролизовать воду примерно за 90 минут, а затем выполнить 30-секундный двухкомпонентный импульс, с общим удельным импульсом около 300 секунд ariane.group. Конструкция модульная и масштабируемая – можно увеличивать количество электролизных ячеек, размер бака или число камер двигателя для удовлетворения различных требований спутников ariane.group. ArianeGroup утверждает, что система может быть «в три раза дешевле», чем существующие химические двигатели для спутниковых созвездий ariane.group. При поддержке ESA и DLR (Германское космическое агентство) ArianeGroup планирует провести демонстрацию на орбите к осени 2026 года на спутнике ESMS, который будет использовать водяной двигатель для коррекции орбиты и удержания позиции ariane.group. Эта демонстрация подтвердит работу электролизера в условиях микрогравитации и эффективность двухрежимного двигателя в космосе. Инвестиции Европы показывают, что они рассматривают водяную тягу как конкурентоспособную и устойчивую альтернативу для спутниковых сетей, особенно с учетом предстоящих нормативов, требующих использования «зеленых» топлив для снижения рисков при запусках.
- Другие заслуживающие внимания стартапы: Помимо крупных игроков, перечисленных выше, множество стартапов по всему миру внедряют инновации в области водяной тяги. Aurora Propulsion Technologies (Финляндия) предлагает малые ARM-серии водяных двигателей для CubeSat, включая модули для полного 3-осевого управления спутниками 1U–12U с помощью миниатюрных водяных микроструй blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (Великобритания) разработала соответствующие своему названию Steam Thruster One и “TunaCan” thruster, которые представляют собой компактные электро-тепловые водяные двигатели, размещающиеся в неиспользуемом объёме контейнеров CubeSat blog.satsearch.co. Эти устройства были испытаны в полёте как минимум на одной миссии CubeSat, что доказывает: даже нано-спутники могут выполнять орбитальные манёвры с помощью небольшого количества нагретой воды blog.satsearch.co. Во Франции компания ThrustMe (известная ионными двигателями на йоде) исследовала воду как рабочее тело в некоторых концепциях, а в Италии стартапы при поддержке ESA также рассматривают воду для верхних ступеней малых ракет-носителей или орбитальных буксиров. Кроме того, интересный участник — URA Thrusters, которая представила линейку водяных двигательных систем: от холловского двигателя, способного работать на водяном паре или кислороде blog.satsearch.co, до электролизных двигателей “ICE”, сочетающих расщепление воды и сгорание на MEMS-уровне blog.satsearch.co, и гибридного Hydra, объединяющего холловский двигатель с химическим для гибкой работы blog.satsearch.co. Хотя некоторые из этих решений пока существуют только на бумаге, широта разработок подчёркивает главное: водяная тяга — это не разовая новинка, а широкое технологическое движение, привлекающее новаторов по всему миру.
Летный прототип водяной двигательной системы HYDROS-C от Tethers Unlimited для CubeSat. Этот компактный блок содержит водяные баки, электролизёр, газовые баллоны и ракетное сопло spinoff.nasa.gov. Такие системы остаются инертными до выхода на орбиту, после чего солнечная энергия используется для расщепления воды на водород/кислород для тяги.
Миссии и вехи: водяная тяга в действии
Фактические космические миссии последних лет доказали осуществимость водяных двигателей и продолжают расширять их возможности. Ниже приведена хронология заметных миссий и демонстраций, демонстрирующих водяную тягу:
- 2018 – Первое использование на орбите: Спутники HawkEye 360 Pathfinder (3 в формации) и радиолокационный спутник Capella Space используют водяные двигатели Comet от DSI для поддержания орбиты после запуска в декабре 2018 года geekwire.com. Это стали первые коммерческие спутники, работавшие на водяном топливе, успешно выполнившие манёвры и подтвердившие работоспособность двигателя в космосе.
- 2019 – Демонстрация с МКС: 3U CubeSat AQT-D (Aquarius) Токийского университета, выведенный с Международной космической станции, включает свои водяные резистоджет-двигатели на орбите. Система обеспечивает управление ориентацией и небольшие изменения орбиты, став первой японской демонстрацией водяной тяги в космосе. Эта миссия доказала, что многофорсуночный водяной двигатель может работать в микрогравитации, и заложила основу для последующих разработок Pale Blue blog.satsearch.co.
- 2021 – NASA PTD-1: Pathfinder Technology Demonstrator-1, 6U CubeSat NASA, проводит первый тест водоэлектролизного двигателя на орбите. Имея на борту около 0,5 литра воды, двигатель Hydros PTD-1 выполняет запрограммированные манёвры, демонстрируя, что расщепление воды на H₂/O₂ и их сжигание может эффективно перемещать спутник nasa.gov. Эта миссия, продолжавшаяся несколько месяцев, подтвердила работоспособность, безопасность и возможность повторного запуска системы, предоставив малым спутникам новый проверенный вариант управления орбитой.
- 2022 – Дебют Vigoride: Momentus запускает Vigoride-3 (свой первый орбитальный сервисный аппарат) в мае 2022 года. Хотя первые испытания двигателя были ограничены (аппарат столкнулся с некоторыми аномалиями на начальном этапе spacenews.com), миссия заложила основу для поэтапных испытаний водяного MET. Momentus установила связь и научилась управлять новой тягой в реальных космических условиях news.satnews.com, что позволило усовершенствовать систему для последующих полётов.
- 2023 – Множественные успехи: Этот год стал переломным благодаря нескольким достижениям в области водяной тяги:
- Momentus Vigoride-5 (январь 2023): Успешно выполнено 35 включений двигателей своей водяной MET на орбите, повышение орбиты и коррекция ориентации только с помощью водяных плазменных струй nasdaq.com. Это является важным доказательством того, что более крупный аппарат (~250 кг) может использовать водяную тягу для значимых изменений орбиты.
- Momentus Vigoride-6 (апрель 2023): Продолжает испытания и даже завершает вывод на орбиту для клиента (хотя из-за проблемы с синхронизацией ПО возникла небольшая ошибка наклона орбиты) nasdaq.com. Vigoride-6 остается работоспособным, что дополнительно подтверждает надежность системы тяги.
- Pale Blue EYE Demo (март 2023): EYE CubeSat компании Sony выполняет манёвр подъема орбиты с помощью водяного двигателя Pale Blue в течение ~120 секунд phys.org. Успех этого демонстрационного запуска — приближение спутника к целевой орбите для фотосъемки Земли — подтверждает работоспособность двигателя на орбите и широко освещается как вхождение Японии в область водяной тяги phys.org.
- EQUULEUS у Луны (конец 2022–2023): Хотя это не получило широкой огласки в основных СМИ, стоит отметить EQUULEUS, CubeSat JAXA и Токийского университета, запущенный к Луне на Artemis I (ноябрь 2022), который был оснащён водяной резистоджетной системой для коррекции траектории sciencedirect.com. Он использовал водяные двигатели для успешных коррекций курса на пути к точке Лагранжа Земля–Луна, продемонстрировав водяную тягу в окололунном пространстве — впервые для операций за пределами НОО.
- 2024 – Масштабирование: Водяная тяга начинает появляться на большем количестве действующих спутников:
- Серийные развертывания: Следующие партии спутников Hawkeye 360 и новые РЛС-спутники Capella продолжают использовать водяные двигатели Comet в штатной эксплуатации при поддержке Bradford. Кроме того, спутники BlackSky Gen-2, запущенные в 2024 году, оснащены водяной тягой Comet для поддержания орбиты в составе группировки спутников ДЗЗ geekwire.com.
- Новые запуски двигателей: Более крупные PBR-50 thrusters от Pale Blue впервые запускаются в начале 2024 года на rideshare-миссии для малых спутников (точная миссия не раскрывается), с целью обеспечить ~10 мН тяги для микроспутника на орбите blog.satsearch.co. Это начало квалификации водяной тяги для более крупных классов малых спутников.
- Инфраструктура: Компании, такие как Orbit Fab, объявляют о планах сделать воду одним из вариантов топлива для своих предлагаемых орбитальных топливных хранилищ, а проект NASA TALOS рассматривает водяные «дополнительные баки» для буксиров дальнего космоса — что отражает более широкое признание того, что вода станет частью космической логистической цепочки в ближайшие годы.
- 2025 – Предстоящие и продолжающиеся миссии: Впереди захватывающие миссии:
- Полеты Pale Blue D-Orbit: Первый water-ion thruster (PBI) будет испытан в полете на Ion Satellite Carrier компании D-Orbit в середине и конце 2025 года payloadspace.com. Эти испытания измерят высокоэффективную тягу и проложат путь к коммерческим ионным двигателям, использующим воду вместо ксенона или криптона.
- Эксперимент JAXA RAISE-4: Японское космическое агентство планирует запустить демонстрационный спутник RAISE-4 в 2025 году, который должен нести новейшую двигательную систему Pale Blue (возможно, усовершенствованный PBI) для испытаний на низкой околоземной орбите blog.satsearch.co.
- Коммерциализация Momentus: Momentus рассчитывает перейти от чистых испытаний к операционным миссиям, предлагая доставку полезных нагрузок клиентов. К 2025 году они планируют начать предоставлять услуги по подъему орбиты — например, перемещать малые спутники с орбиты, на которую их вывел rideshare, на более высокую орбиту — исключительно с использованием водяной тяги. Это станет лакмусовой проверкой экономической жизнеспособности водяных двигателей в реальных миссиях.
- Демонстрация водяного двигателя ESA: В Европе завершаются финальные приготовления к миссии Spectrum Monitoring Satellite (ESMS), запланированной на 2026 год, и к 2025 году ее водяная двигательная система будет интегрирована и проходить наземные испытания ariane.group. Если все пройдет успешно, эта миссия станет первым коммерческим спутником в полном масштабе, который будет использовать воду в качестве основного двигателя (а не только как демонстрационный образец).
Эта временная шкала показывает явное ускорение: от единичных экспериментов несколько лет назад — к нескольким космическим аппаратам, полагающимся на воду сегодня, и множеству других в разработке. Каждый успех укрепляет доверие и наработки, что, в свою очередь, привлекает новых пользователей. К середине 2020-х водяная тяга выходит из экспериментальной стадии и становится частью инструментов проектировщиков миссий.
Художественное изображение малого спутника (кубсат Sony EYE), который в 2023 году использовал водяной резистоджетный двигатель Pale Blue для коррекции своей орбиты phys.orgphys.org. Этот эксперимент стал первой в истории демонстрацией водяной тяги в космосе японским стартапом, а изменение орбиты спутника подтвердило работоспособность двигателя.
Последние прорывы (2024–2025) и что дальше
За последние два года произошли стремительные достижения, и эта тенденция, по всей видимости, сохранится. Последние новости и события 2024–2025 годов показывают, что водяная тяга выходит на новый уровень:
- Финансирование и поддержка отрасли: Осознавая стратегическую ценность нетоксичной тяги, государственные агентства инвестируют в водяные двигатели. В 2024 году японское министерство METI выделило компании Pale Blue многомиллиардный грант (до ~$27 млн) на масштабирование водяных технологий для коммерческих и оборонных спутников spacenews.com. Эти средства помогут Pale Blue увеличить уровень тяги и разработать более крупные системы для больших спутников. Европейские программы Horizon также финансируют решения на основе экологически чистого топлива, при этом водяные технологии занимают центральное место, что подтверждается поддержкой ESA демонстрации ArianeGroup в 2026 году ariane.group. Даже министерство обороны США проявляет интерес к безопасной тяге для CubeSat в проектах Космических сил, где безопасность воды является важным преимуществом.
- Двигатели повышенной мощности: В технологическом плане разработчики стремятся повысить мощность и производительность водяных двигателей. Одним из прорывов на горизонте являются водяные двигатели с эффектом Холла – сочетание эффективности плазменных двигателей Холла с водяным топливом. Планируемый компанией Pale Blue двигатель PBH на 2028 год — один из примеров blog.satsearch.co, а концептуальная система Hydra от URA Thrusters (двойной Холл + химический) — другой blog.satsearch.co. Если эти разработки будут реализованы, они смогут выполнять задачи, которые сейчас под силу только химическим двигателям или крупным электрическим двигателям, такие как быстрые переходы между орбитами или межпланетные траектории, но с преимуществом легкой дозаправки водой. Кроме того, компании Momentus и другие исследуют способы дальнейшего увеличения удельного импульса своих MET, возможно, за счет использования более высоких частот микроволн или новых резонансных полостей для более эффективного перегрева воды. Удельный импульс порядка ~1000 с может быть достигнут в следующих версиях, что окончательно выведет водяные двигатели на уровень традиционных ионных двигателей по эффективности.
- Интеграция в группировки спутников: 2024 год ознаменовался первыми значительными повторными внедрениями водяной тяги в спутниковых группировках. Например, каждый новый спутник наблюдения BlackSky теперь оснащается водяным двигателем Bradford Comet для поддержания орбиты, что означает, что десятки одинаковых аппаратов будут работать на водяном топливе в течение всего срока службы geekwire.com. Кластер второго поколения Hawkeye 360 (запуски 2022–2023) также использует водяную тягу для полетов в формации. Такое массовое внедрение само по себе является прорывом — водяная тяга больше не просто разовая экспериментальная технология, а стандартный компонент некоторых спутниковых флотов. В дальнейшем многие предлагаемые мегагруппировки для IoT и наблюдения Земли рассматривают экологичные варианты тяги, и вода занимает высокое место в этом списке благодаря низкой стоимости системы. По мере увеличения производства таких двигателей их стоимость будет снижаться, что еще больше будет способствовать их внедрению.
- Новые применения: Инженеры находят креативные новые способы использовать универсальность воды. Одна из разрабатываемых идей — управление ориентацией на основе электролиза: использование крошечных количеств электролизованного газа для точных струйных двигателей ориентации с последующим рекомбинированием воды в замкнутом цикле. Другая идея — использование воды в качестве рабочего тела в солнечно-тепловой тяге: концентрировать солнечный свет для прямого нагрева воды до пара для создания тяги (по сути, паровой котёл в космосе, работающий на энергии Солнца, что может быть очень эффективно во внутренней части Солнечной системы). Исследователи также тестируют водяной пропеллент для посадочных аппаратов и хопперов для Луны/Марса. В миссии NASA Flashlight для Луны (хотя в итоге возникли проблемы) вода рассматривалась как кандидат на роль пропеллента на ранних этапах проектирования. И если смотреть дальше, вода может стать пропеллентом для ядерных тепловых ракет или движения с передачей энергии на расстоянии, где внешний источник энергии (например, наземный лазер) нагревает воду на космическом аппарате для создания тяги reddit.com. Безопасность воды позволяет реализовывать такие нестандартные концепции, которые были бы немыслимы с токсичными или редкими пропеллентами.
- Экспертные оценки: Революция водяной тяги не осталась незамеченной лидерами космической отрасли. Энтузиазм Криса Хэдфилда по поводу водяных двигателей Momentus spaceref.com, а также цитаты вроде «Я уверен, что вода — топливо будущего» от европейских руководителей проектов ariane.group, отражают растущий консенсус, что эта технология пришла всерьёз и надолго. В интервью и на конференциях (таких как Small Satellite Conference и Space Propulsion Workshop в 2024 году) эксперты отмечали баланс безопасности и эффективности, который обеспечивают водяные системы. «Хорошие характеристики тяги должны сочетаться с безопасностью — PTD-1 удовлетворит этой потребности», — сказал Дэвид Майер из NASA, представляя первый демонстрационный водяной двигатель nasa.gov. Это высказывание чётко объясняет, почему вода набирает популярность: она занимает золотую середину между высокой эффективностью химической тяги и безопасностью электрической. Планировщики космических миссий всё чаще повторяют эту мысль в отраслевых изданиях и на панельных дискуссиях.
На пороге 2025 года траектория развития водяных двигателей для спутников явно направлена вверх. Следующий большой шаг — это, вероятно, флагманская миссия, которая действительно будет полагаться на водяную тягу для выполнения критически важной задачи — возможно, лунный CubeSat, использующий воду для выхода на орбиту Луны, или обслуживающий аппарат, который автономно заправляется на орбитальной станции и буксирует спутник. Каждый год границы возможного расширяются. Если текущие тенденции сохранятся, к концу 2020-х мы можем увидеть, как водяные двигатели доставляют космические аппараты к астероидам и обратно, поднимают и опускают сотни спутников на орбите, делая это с минимальным воздействием на окружающую среду и полной возможностью дозаправки в космосе. То, что начиналось как нестандартная идея, превратилось в практическую технологию, которая может сделать космические операции более доступными, устойчивыми и гибкими, чем когда-либо прежде.
Заключение: Новая эра, движимая H₂O
Водяная тяга для спутников — это уже не концепция будущего, а реальность, доказывающая свою состоятельность с каждой новой миссией. За несколько лет мы прошли путь от первых облачков водяного пара, подталкивающих крошечный CubeSat, до полностью маневренных аппаратов, использующих воду для смены орбиты и выполнения сложных операций. Привлекательность воды как идеального космического топлива заключается в её элегантной простоте. Как отмечено в технологическом отчёте ESA, вода — это «недостаточно используемый ресурс — безопасный в обращении и экологичный», при этом содержащий «два очень горючих компонента, если провести электролиз», по сути, обладающий мощью ракетного топлива в безвредной форме esa.int. Эта двойственная природа — лёгкое хранение в виде жидкости, высокая энергия при использовании в виде газа — даёт воде уникальное преимущество.
Мы становимся свидетелями слияния факторов, делающих водяные двигатели практичными: более совершенные малогабаритные электрические насосы и нагреватели, более эффективные солнечные панели для их питания, 3D-печатные двигатели, оптимизированные для пара или плазмы, и бурно растущий спрос на малые спутники, которым нужна недорогая тяга. Проблемы (ограниченная тяга, потребность в энергии) решаются с помощью инновационной инженерии, и успехи накапливаются. Важно, что водяная тяга соответствует более широкой тенденции к устойчивому развитию в космосе — снижая использование токсичных химикатов, увеличивая срок службы спутников за счёт дозаправки и даже используя внеземные ресурсы. Это превращает воду из расходного материала для жизнеобеспечения в универсальный инструмент мобильности для космической инфраструктуры.
В общественном воображении «ракетное топливо» всегда было чем-то экзотическим или опасным. Идея о том, что вода — то же самое вещество, которое мы пьём и используем для купания — может разгонять спутники вокруг Земли или дальше, захватывает воображение. Это снижает барьер для выхода в космос (не нужны специальные топлива, только изобретательность) и вызывает образы космических аппаратов, заправляющихся на лунных ледяных шахтах или астероидных резервуарах. Технология всё ещё развивается, но её траектория указывает на то, что водяные двигатели могут стать такими же обычными для спутников, как электромоторы для автомобилей. Как пошутил один из руководителей отрасли, старая шутка «просто добавь воды» вполне может стать девизом будущего космических путешествий.
В заключение, водяная тяга для спутников представляет собой смену парадигмы в сторону более безопасных, чистых и, в конечном итоге, более масштабных космических операций. От малых CubeSat до потенциальных межпланетных зондов, скромная молекула H₂O доказывает, что у неё есть всё необходимое, чтобы увести нас дальше. По мере того как импульс (и это не игра слов) продолжает нарастать, не удивляйтесь, если следующий заголовок будет: «Космические аппараты на водяном топливе достигли Луны — и продолжают путь». Эпоха водяных ракет наступила, и она открывает океан возможностей для следующего поколения космических исследований spinoff.nasa.gov, spaceref.com.
