Паливо з неба. У Німеччині створили плазмовий двигун, що живиться повітрям атмосфери
Інженер Франческо Романо зі Штутгартського університету розробив плазмовий двигун на базі радіочастотного гелікону, який працює на розрідженому повітрі верхніх шарів атмосфери. Цей інноваційний двигун призначений для супутників на наднизьких навколоземних орбітах (VLEO), які розташовані на висотах від 100 до 450 кілометрів. Використання нової технології дозволяє уникнути дорогого балонного пального, забезпечуючи постійну тягу завдяки іонізації молекул повітря.
Супутники, що знаходяться на VLEO, стикаються з опором залишкової атмосфери, що вимагає безперервної роботи коригувальних моторів. Традиційні іонні двигуни зазвичай використовують інертний газ ксенон як паливо. Натомість нова система повітряно-дихального електрорушія (ABEP) захоплює молекули газу перед апаратом, іонізує їх радіочастотним полем і викидає плазмовий струмінь назад. Цей підхід дозволяє знизити витрати на паливо і спростити конструкцію двигуна.
Технічні виклики та рішення
Головною технічною проблемою для розробки став атомарний кисень верхніх шарів атмосфери, який може руйнувати металеві електроди і нейтралізатори заряду. Для вирішення цієї проблеми двигун був спроєктований повністю безконтактним, що допомагає уникнути пошкоджень. Конструкція котушки, що використовується в двигуні, натхнена медичними томографами МРТ і включає антену типу "пташина клітка". Соленоїд формує магнітне сопло, яке дозволяє виштовхувати квазінейтральний потік часток без застосування катодних гармат.
Під час лабораторних тестів двигун створював плазмовий потік при потужності 50-60 Вт. Вхідний забірник, виконаний на основі параболічного дзеркала з графітовим покриттям, зміг уловити 94,3% молекул навіть при відхиленні апарата від курсу. Розрахунки, проведені на прикладі супутника GOCE, показали можливість утримання орбіти на висоті 190-250 км з енергоспоживанням менше 1,6 кВт від сонячних панелей.
Ця технологія має потенціал не лише для супутників на Землі, але і для польотів на Марсі, де дозволяє утримувати супутники на висоті 120-160 км у вуглекислій атмосфері. Розробка Франческо Романо може значно змінити підходи до використання енергії в космічних дослідженнях та відкриває нові можливості для тривалих місій у космосі.
Розробка плазмового двигуна, що живиться атмосферним повітрям, має потенціал кардинально змінити підходи до космічних місій, зокрема щодо зменшення витрат на паливо та підвищення ефективності супутників на низьких орбітах. Це може сприяти не лише покращенню існуючих технологій, а й відкриттю нових можливостей для дослідження інших планет, таких як Марс. В умовах постійних викликів у сфері космічних досліджень, такі інновації стають особливо актуальними, забезпечуючи тривалість та ефективність місій у космосі.
В умовах постійного розвитку космічних технологій, нові рішення, такі як інноваційні композити для ракет, що виготовляються швидше, стають важливими для підвищення ефективності запусків. Застосування нових матеріалів може суттєво зменшити час на підготовку до космічних місій, що, в свою чергу, відкриває нові можливості для дослідження та комерційного використання космосу.