Pokud jde o budoucnost vesmírného průzkumu, přichází jedna z největších výzev s motory, které mohou maximalizovat výkon a zároveň zajistit palivovou účinnost. Tím se nejen sníží náklady na jednotlivé mise, ale také zajistí, aby robotické kosmické lodě (a dokonce i posádky s posádkou) mohly pracovat v kosmu po delší dobu bez nutnosti doplňování paliva.
V posledních letech tato výzva vedla k některým skutečně inovativním konceptům, z nichž jeden byl nedávno postaven a testován týmem ESA. Tento koncept motoru sestává z elektrického pohonu, který je schopen „nabrat“ vzácné molekuly vzduchu z vrcholků atmosféry a použít je jako pohonnou látku. Tento vývoj otevře cestu pro všechny druhy satelitů, které mohou operovat na velmi malých oběžné dráze kolem planet po celá léta.
Koncept vzduchového dýchání (aka. Ram-Electric Propulsion) je relativně jednoduchý. Stručně řečeno, motor pracuje na stejných principech jako berancoop (kde se mezihvězdný vodík shromažďuje za účelem poskytnutí paliva) a iontový motor - kde se shromažďují částice nabité a vypuzované. Takový motor by odstranil pohonnou hmotu na palubě tím, že zachytí atmosférické molekuly, když projde vrcholem atmosféry planety.
Koncepce byla předmětem studie s názvem „Elektrický pohon RAM pro provoz na nízké oběžné dráze Země: studie ESA“, která byla představena na 30. mezinárodní konferenci o elektrickém pohonu v roce 2007. Studie zdůraznila, jak „satelity na nízké oběžné dráze podléhají atmosférickým vlivům. táhnout, a tak jejich životnost je omezena současnými pohonnými technologiemi množstvím paliva, které mohou nést, aby to kompenzovalo. “
Autoři studie také uvedli, jak by satelity používající vysoce specifický impulsní elektrický pohon byly schopny kompenzovat odpor během dlouhého provozu v nízké výšce. Jak však uzavírají, taková mise by se také omezila na množství paliva, které by mohla nést. To rozhodně platilo pro gravitační mapovací družici ESA a gravitační mapovací zařízení Ocean Circulation Explorer (GOCE) v ustáleném stavu,
Zatímco GOCE zůstala na oběžné dráze Země déle než čtyři roky a působila ve výškách až 250 km, její mise skončila ve chvíli, kdy vyčerpala 40 x zásobu xenonu jako hnacího plynu. Jako takový byl zkoumán koncept elektrického pohonného systému, který jako pohonnou látku využívá atmosférické molekuly. Jak vysvětlil Dr. Louis Walpot z ESA v tiskové zprávě ESA:
"Tento projekt začal s novým designem pro nabírání molekul vzduchu jako paliva z horní části zemské atmosféry ve výšce přibližně 200 km s typickou rychlostí 7,8 km / s."
Pro vývoj tohoto konceptu se italská letecká společnost Sitael a polská letecká společnost QuinteScience spojily, aby vytvořily nový design sání a rakety. Zatímco QuinteScience vybudovala přívod, který by shromažďoval a komprimoval přicházející atmosférické částice, Sitael vyvinul dvoustupňový drtič, který by tyto částice nabil a urychlil, aby vytvořil tah.
Tým poté provedl počítačové simulace, aby zjistil, jak by se částice chovaly v celé řadě možností příjmu. Nakonec se však rozhodli provést praktický test, aby zjistili, zda kombinovaný příjem a thruster budou fungovat společně nebo ne. Za tímto účelem tým testoval ve vakuové komoře v jednom ze Sitaelových testovacích zařízení. Komora simulovala prostředí ve výšce 200 km, zatímco „generátor toku částic“ poskytoval nadcházející vysokorychlostní molekuly.
Aby bylo možné provést úplnější test a ujistit se, že raketa bude fungovat v nízkotlakém prostředí, tým začal zapalováním xenonovou hnací látkou. Walpot vysvětlil:
"Místo jednoduchého měření výsledné hustoty na kolektoru za účelem kontroly designu sání jsme se rozhodli připojit elektrický pohon. Tímto způsobem jsme dokázali, že bychom mohli skutečně shromažďovat a komprimovat molekuly vzduchu na úroveň, kde by mohlo dojít ke vznícení paliva, a změřit skutečný tah. Nejprve jsme zkontrolovali, že se náš thruster může znovu zapálit xenonem shromážděným z generátoru paprsků částic. “
V dalším kroku tým částečně nahradí xenon směsí dusíku a kyslíku a simuluje tak horní atmosféru Země. Jak jsem doufal, motor neustále střílel a jediná věc, která se změnila, byla barva tahu.
"Když se modrá barva oblaku motoru na bázi xenonu změnila na fialovou, věděli jsme, že se nám to podaří," řekl Dr. Walpot. „Systém byl nakonec opakovaně zapálen pouze atmosférickým pohonem, aby se prokázala proveditelnost konceptu. Tento výsledek znamená, že elektrický pohon dýchající vzduchem již není pouhou teorií, ale hmatatelným pracovním konceptem, připraveným k vývoji, který bude sloužit jeden den jako základ nové třídy misí. “
Vývoj elektrických trysek dýchajících vzduch by mohl umožnit zcela novou třídu satelitů, které by mohly fungovat letos v okrajích atmosféry Marsu, Titanu a dalších těles. S takovou provozní životností mohly tyto satelity shromažďovat objemy údajů o meteorologických podmínkách těchto orgánů, sezónních změnách a historii jejich podnebí.
Takové satelity by byly také velmi užitečné, pokud jde o pozorování Země. Protože oni by byli schopní operovat v nižších nadmořských výškách než předchozí mise a nebyli by omezeni množstvím hnací látky, kterou mohli nést, satelity vybavené vzduchovými dýchacími tryskami by mohly fungovat po delší dobu. Díky tomu mohou nabídnout podrobnější analýzy klimatických změn a podrobněji sledovat meteorologické vzorce, geologické změny a přírodní katastrofy.
