Що стосується майбутнього дослідження космосу, однією з найбільших проблем є створення двигунів, які дозволять досягти максимальної продуктивності, одночасно забезпечуючи економію палива. Це не тільки знизить вартість окремих місій, але забезпечить робочий космічний корабель (і навіть екіпаж космічного корабля) може працювати протягом тривалого періоду часу в просторі без необхідності заправки.
В останні роки цей виклик призвів до деяких справді інноваційних концепцій, одну з яких нещодавно було розроблено та апробовано командою ESA. Ця концепція двигуна складається з електричного двигуна, який здатний "забирати" дефіцитні молекули повітря з вершин атмосфери і використовувати їх як пальне. Цей розвиток відкриє шлях для всіляких супутників, які можуть протягом багатьох років працювати на дуже низьких орбітах навколо планет.
Поняття повітряно-дихального тяги (ака. Рам-Електричний двигун) порівняно просте. Коротше кажучи, двигун працює за тими ж принципами, що і трамвайний куточок (де міжзоряний водень збирається для забезпечення паливом) та іонний двигун - де зібрані частинки заряджаються та викидаються. Такий двигун позбавиться бортового палива, приймаючи молекули атмосфери, проходячи через вершину атмосфери планети.
Концепція була предметом дослідження під назвою «Електричні установки ОЗУ для експлуатації низької орбіти Землі: дослідження ESA», яке було представлено на 30-й Міжнародній конференції з електричного руху в 2007 році. У дослідженні було підкреслено, як «Супутники орбіти низької Землі підлягають атмосферній атмосфері і, таким чином, їх життя обмежується діючими технологіями, що рухаються, кількістю палива, яке вони можуть перевезти, щоб компенсувати це. "
Автори дослідження також вказали, як супутники, що використовують високоефективний імпульсний електричний привід, зможуть компенсувати перетягування під час роботи на невеликій висоті протягом тривалого періоду часу. Але, як вони роблять висновок, така місія також обмежуватиметься кількістю палива, яку вона може нести. Це, безумовно, стосувалося гравітаційного поля ESA та стаціонарного супутника гравітаційного картографа Explorer (GOCE),
Хоча GOCE залишався на орбіті Землі більше чотирьох років і працював на висоті на відстані 250 км (155 миль), його місія закінчилася в момент, коли він вичерпав 40-фунтовий (88 фунт) запас ксенону як палива. Як така, також була досліджена концепція електричної системи двигуна, яка використовує молекули атмосфери як палива. Як пояснив доктор Луї Уолпот з ЄКА у прес-релізі ЄКА:
"Цей проект розпочався з нової конструкції з виведення молекул повітря в якості палива з верхівки земної атмосфери на висоті близько 200 км із типовою швидкістю 7,8 км / с".
Щоб розробити цю концепцію, італійська аерокосмічна компанія Sitael та польська аерокосмічна компанія QuinteScience об'єдналися, щоб створити нову конструкцію споживання і тяги. У той час як QuinteScience побудував впускний отвір, який збирав би і стискав вхідні атмосферні частинки, Sitael розробив двоступеневий тяги, який заряджав би і прискорював ці частинки для створення тяги.
Потім команда провела комп'ютерні симуляції, щоб побачити, як поводитимуться частинки в різних варіантах прийому. Врешті-решт, вони вирішили провести практичне тестування, щоб побачити, чи поєднаний прийом і тяга працюватимуть разом чи ні. Для цього команда випробувала його у вакуумній камері на одному з випробувальних установ Sitael. Камера імітувала навколишнє середовище на висоті 200 км, тоді як «генератор потоку частинок» забезпечував зустрічаються швидкісні молекули.
Щоб забезпечити більш повне випробування та переконатися, що дросель буде функціонувати в умовах низького тиску, команда розпочала з підпалювання його ксеноновим паливом. Уолпот пояснив:
«Замість того, щоб просто виміряти отриману щільність на колекторі для перевірки конструкції впуску, ми вирішили приєднати електричну тягу. Таким чином ми довели, що ми дійсно можемо збирати та стискати молекули повітря до рівня, коли могло б відбуватися запалювання дросельних двигунів, і виміряти фактичну тягу. Спочатку ми перевірили, чи може наш тиск повторно запалюватися ксеноном, зібраним з генератора пучків частинок ».
На наступному етапі команда частково замінює ксенон повітряною сумішшю азот-кисень, щоб імітувати верхню атмосферу Землі. Як сподівались, двигун продовжував стріляти, і єдине, що змінилося, - це колір тяги.
"Коли синій колір двигуна на основі ксенону змінився на фіолетовий, ми знали, що ми досягли успіху", - сказав доктор Уолпот. "Система, нарешті, неодноразово запалювалася виключно атмосферним паливом, щоб підтвердити здійсненність концепції. Цей результат означає, що повітряне дихання електричним двигуном - це вже не просто теорія, а відчутна, робоча концепція, готова розробитись, щоб один день послужити основою нового класу місій ».
Розвиток повітряно-дихальних електричних дроселів могло б забезпечити абсолютно новий клас супутника, який протягом багатьох років міг би працювати з межами атмосфери Марса, Титану та інших тіл. Завдяки такому періоду експлуатації, ці супутники могли зібрати масиви даних про метеорологічні умови, зміни сезону та історію їхнього клімату.
Такі супутники також були б дуже корисні, коли справа стосується спостереження за Землею. Оскільки вони зможуть працювати на менших висотах, ніж попередні місії, і не обмежуватимуться кількістю палива, яке вони могли б перевозити, супутники, оснащені повітряними дихальними дроселями, могли працювати протягом тривалих періодів часу. Як результат, вони могли б запропонувати більш глибокий аналіз кліматичних змін та більш уважно стежити за метеорологічними закономірностями, геологічними змінами та стихійними лихами.
