Топливо прямо из атмосферы: новый плазменный двигатель из Германии
Инженер Франческо Романо из Университета Штутгарта разработал уникальный плазменный двигатель, работающий на разреженном воздухе верхних слоев атмосферы. Этот агрегат, основанный на радиочастотном геликоне, предназначен для спутников, находящихся на очень низких околоземных орбитах (VLEO) — от 100 до 450 километров над поверхностью Земли. Благодаря такому решению отпадает необходимость в использовании дорогого сжатого топлива, поскольку двигатель получает тягу, ионизируя молекулы атмосферного воздуха.
Спутники на VLEO испытывают постоянное сопротивление оставшихся частиц атмосферы, что требует непрерывной работы двигателей для корректировки орбиты. В традиционных ионных двигателях используется инертный газ ксенон. Однако новая система с воздушным электроприводом (ABEP) захватывает молекулы воздуха непосредственно перед аппаратом, ионизирует их с помощью радиочастотного поля и выбрасывает плазму назад. Такой метод значительно сокращает затраты на топливо и упрощает конструкцию двигателя.
Основные технические трудности и их преодоление
Ключевой проблемой при создании двигателя стал агрессивный атомарный кислород в верхних слоях атмосферы, способный повреждать металлические детали, включая электроды и системы нейтрализации заряда. Для минимизации износа двигатель спроектирован безконтактным образом. Специфика конструкции катушки, вдохновлённой медицинскими МРТ-сканерами, включает антенну типа «птичья клетка». Магнитное сопло, формируемое соленоидом, позволяет выбрасывать квазінейтральный поток частиц без применения катодных электродов.
В лабораторных условиях двигатель демонстрировал создание плазменного потока при мощности 50–60 Вт. Входной приёмник с параболическим зеркалом, покрытым графитом, удерживал до 94,3% молекул даже при отклонении аппарата от курса. Моделирование с использованием параметров спутника GOCE показало, что орбиту на высоте 190–250 км можно поддерживать с энергозатратами менее 1,6 кВт, получаемых от солнечных панелей.
Разработанная технология применима не только к спутникам на орбите Земли, но и перспективна для марсианских миссий, поскольку позволяет удерживать аппараты на высоте 120–160 км в атмосфере Марса, богатой углекислым газом. Проект Франческо Романо открывает новые горизонты в области использования энергии для космических исследований и способствует реализации длительных миссий в космосе.
Инновационный двигатель, питающийся атмосферным воздухом, способен существенно снизить расходы на топливо и повысить эффективность спутников на низких орбитах вокруг Земли. Это не только улучшит существующие технологии, но и расширит возможности изучения других планет, таких как Марс. В условиях постоянно растущих требований к космическим аппаратам подобные технологические прорывы особенно важны, обеспечивая долговременную и эффективную работу в космосе.
В то время как новый плазменный двигатель из Штутгарта обещает революцию в области спутниковых технологий, не менее интересным является и прогресс в производстве ракетных материалов. Совсем недавно ученые представили метод, который сокращает время создания сверхпрочных композитов с месяцев до всего лишь нескольких дней. Это может значительно ускорить разработку новых космических технологий и улучшить их конкурентоспособность на рынке.