Avaruustutkimuksen tulevaisuuden kannalta suurimpia haasteita ovat moottorit, jotka voivat maksimoida suorituskyvyn ja samalla varmistaa polttoainetehokkuuden. Tämä ei pelkästään vähennä yksittäisten operaatioiden kustannuksia, vaan varmistaa, että robotti-avaruusalukset (ja jopa miehitetyt avaruusalukset) voivat toimia pitkiä aikoja avaruudessa tarvitsematta tankata.
Viime vuosina tämä haaste on johtanut joihinkin todella innovatiivisiin konsepteihin, joista yksi on äskettäin rakennettu ja testattu ensimmäistä kertaa ESA-ryhmässä. Tämä moottorikonsepti koostuu sähköpuristimesta, joka pystyy ”kaappaamaan” niukkoja ilmamolekyylejä ilmakehän yläpuolelta ja käyttämään niitä ponneaineena. Tämä kehitys avaa tien kaikenlaisille satelliiteille, jotka voivat toimia erittäin alhaisilla kiertoradalla planeettojen ympärillä vuosia kerrallaan.
Ilmahengityspotkurin (alias. Ram-Electric propulsio) käsite on suhteellisen yksinkertainen. Lyhyesti sanottuna, moottori toimii samoilla periaatteilla kuin ramscoop (jossa tähtien välinen vety kerätään polttoaineen tuottamiseksi) ja ionimoottori - jossa kerätyt hiukkaset ladataan ja poistetaan. Tällainen moottori poistaisi polttoaineen sisäpuolella ottamalla ilmakehän molekyylejä kulkiessaan planeetan ilmakehän yläosan läpi.
Konseptista tehtiin tutkimus, jonka otsikko oli ”RAM-sähköinen käyttö maapallon kiertoradan toimintaan: ESA-tutkimus”, joka esiteltiin 30. kansainvälisessä sähkökäyttökonferenssissa vuonna 2007. Tutkimuksessa korostettiin, kuinka ”Maan maan kiertoradan satelliitit ovat ilmakehän altistuneita. vedä ja siten heidän elinaikojaan rajoittaa nykyinen käyttövoiman tekniikka siinä määrin ponneaineita, joita he voivat kuljettaa kompensoimaan sen. "
Tutkimuksen kirjoittajat ilmoittivat myös, kuinka suuria ominaisimpulsseja käyttävää sähkökäyttöä käyttävät satelliitit pystyisivät kompensoimaan vetoa pienessä korkeudessa tapahtuvan toiminnan aikana pitkään. Mutta kuten he päättelevät, tällainen tehtävä rajoittuu myös polttoaineen määrään, jota se voi kuljettaa. Näin oli varmasti ESA: n painovoimakentällä ja vakaan tilan Ocean Circulation Explorer (GOCE) -painovoimakarttaaja-satelliitilla,
Vaikka GOCE pysyi maapallon kiertoradalla yli neljä vuotta ja toimi jopa 250 km: n (155 mi) korkeudessa, sen tehtävä päättyi, kun se sai loppuun 40 kg: n (88 lbs) ksenonivarusteensa ponneaineena. Sellaisenaan on tutkittu myös sähkökäyttöisen järjestelmän käsite, joka käyttää ilmakehän molekyylejä ponneaineena. Kuten tohtori Louis Walpot ESA: sta selitti ESA: n lehdistötiedotteessa:
"Tämä projekti sai alkunsa uudella suunnittelulla, jonka tarkoituksena on etsiä potkurina ilmamolekyylejä maan ilmakehän yläpuolelta noin 200 km korkeudelle tyypillisellä nopeudella 7,8 km / s."
Tämän konseptin kehittämiseksi italialainen ilmailu- ja avaruusalan yritys Sitael ja puolalainen ilmailualan yritys QuinteScience ryhmittyivät yhdessä luomaan uuden imu- ja potkurisuunnittelun. Kun QuinteScience rakensi sisääntulon, joka kerää ja puristaa tulevat ilmakehän hiukkaset, Sitael kehitti kaksivaiheisen potkurin, joka lataa ja kiihdyttää näitä hiukkasia tuottamaan työntövoimaa.
Ryhmä suoritti sitten tietokonesimulaatioita nähdäkseen kuinka hiukkaset käyttäytyisivät erilaisissa imuvaihtoehdoissa. Mutta lopulta he päättivät suorittaa harjoittelutestin nähdäkseen, toimivatko yhdistelmäotto ja potkuri yhdessä vai eivät. Tätä varten ryhmä testasi sitä tyhjiökammiossa yhdessä Sitaelin testauslaitoksessa. Kammiossa simuloitiin ympäristöä 200 km: n korkeudessa, kun taas ”hiukkasvirtausgeneraattori” tarjosi lähestyviä nopeaja molekyylejä.
Saadakseen täydellisemmän testin ja varmistaaksesi, että potkuri toimisi matalapaineisessa ympäristössä, ryhmä aloitti sytyttämällä sen ksenonipotkurilla. Walpot selitti:
”Sen sijaan, että mittaamme tuloksena olevaa tiheyttä keräimessä tarkistaaksesi imurakenteen, päätimme kiinnittää sähköpotkurin. Tällä tavalla osoitimme, että voimme todellakin kerätä ja puristaa ilmamolekyylit tasolle, jossa potkurin sytytys voisi tapahtua, ja mitata todellinen työntövoima. Aluksi tarkistimme, ettäpotkuri voidaan sytyttää toistuvasti hiukkaspalkkigeneraattorista kerätyn ksenonin avulla. "
Seuraavana vaiheena joukkue korvaa osittain ksenonin typpi-happi-ilmaseoksella, jotta voidaan simuloida maan ylemmää ilmakehää. Toivoen moottori ampui jatkuvasti, ja ainoa asia, joka muuttui, oli työntövoiman väri.
"Kun moottorin iskun ksenonpohjainen sininen väri muuttui violetiksi, tiesimme, että olemme onnistuneet", tohtori Walpot sanoi. ”Järjestelmä sytytettiin lopulta toistuvasti pelkästään ilmakehän ponneaineella todistaakseen konseptin toteutettavuuden. Tämä tulos tarkoittaa, että ilman hengittäminen sähkökäyttö ei ole enää pelkästään teoria, vaan konkreettinen, toimiva konsepti, joka on valmis kehitettäväksi toimimaan yhtenä päivänä uuden operaatioluokan perustana. "
Ilmaa hengittävien sähköisten työntövoimien kehittäminen voisi mahdollistaa täysin uuden luokan satelliittien, jotka voisivat toimia Marsin, Titanin ja muiden elinten ilmakehän luona vuosien kerrallaan. Tällaisen käyttöiän aikana nämä satelliitit voivat kerätä paljon tietoja näiden elinten sääoloista, vuodenaikojen muutoksista ja niiden ilmastohistoriasta.
Tällaiset satelliitit olisivat myös erittäin hyödyllisiä Maan tarkkailemisessa. Koska he pystyisivät toimimaan alemmissa korkeuksissa kuin aikaisemmat operaatiot ja koska niitä ei rajoittaisi kuljetettavan ponneaineen määrä, satelliitit, jotka on varustettu ilmaa hengittävillä potkurilla, voisivat toimia pitkään. Tämän seurauksena he voisivat tarjota perusteellisempia analyysejä ilmastonmuutoksesta ja seurata sääolosuhteita, geologisia muutoksia ja luonnonkatastrofeja tarkemmin.
