Runājot par kosmosa izpētes nākotni, viens no lielākajiem izaicinājumiem nāk ar motoriem, kas var maksimizēt veiktspēju, vienlaikus nodrošinot arī degvielas efektivitāti. Tas ne tikai samazinās atsevišķu misiju izmaksas, bet arī nodrošinās, ka robotizētie kosmosa kuģi (un pat kosmosa apkalpes ar apkalpi) ilgāku laiku var darboties kosmosā, neuzpildot degvielu.
Pēdējos gados šī problēma ir radījusi dažas patiesi novatoriskas koncepcijas, no kurām vienu nesen EKA komanda izveidoja un pārbaudīja. Šī motora koncepcija sastāv no elektriskā dzinekļa, kas spēj “izšūt” trūcīgās gaisa molekulas no atmosfēras virsotnēm un izmantot tās kā propelentu. Šī attīstība pavērs ceļu visiem satelītu veidiem, kas vairākus gadus vienlaicīgi var darboties ļoti zemās orbītās ap planētām.
Gaisu elpojoša dzinekļa (pazīstams arī kā Ram-Electric piedziņa) jēdziens ir samērā vienkāršs. Īsāk sakot, motors darbojas pēc tādiem pašiem principiem kā rumbas dzinējs (kur starpzvaigžņu ūdeņradis tiek savākts, lai iegūtu degvielu) un jonu motors - kur savākto daļiņu uzlādēšana un izmešana. Šāds motors iznīcinātu borta dzinēja degvielu, uzņemot atmosfēras molekulas, kad tas iziet cauri planētas atmosfēras augšdaļai.
Koncepcija tika pētīta ar nosaukumu “RAM elektriskā piedziņa zemas Zemes orbītas darbībai: ESA pētījums”, kas tika prezentēta 30. Starptautiskajā elektriskās piedziņas konferencē 2007. gadā. Pētījumā tika uzsvērts, kā “Zemas Zemes orbītas satelīti ir pakļauti atmosfēras iedarbībai. vilkšana un tādējādi viņu dzīves ilgumu ar pašreizējām piedziņas tehnoloģijām ierobežo ierobežots degvielas daudzums, ko viņi var nēsāt, lai to kompensētu. ”
Pētījuma autori arī norādīja, kā satelīti, kas izmanto ļoti īpatnēju impulsu elektrisko vilci, ilgāku laiku spētu kompensēt vilkšanu zemas darbības laikā. Bet, kā viņi secina, šāda misija būtu arī ierobežota ar degvielas daudzumu, ko tā varētu pārvadāt. Tas noteikti attiecās uz EKA gravitācijas lauku un līdzsvara stāvokļa Ocean Circulation Explorer (GOCE) gravitācijas kartera satelītu,
Kamēr GOCE atradās Zemes orbītā vairāk nekā četrus gadus un darbojās pat 250 km (155 jūdzes) augstumā, tās misija beidzās brīdī, kad tā izsūtīja savus 40 kg (88 mārciņas) ksenona kā dzenskrūves. Kā tāds ir izpētīts arī elektriskās vilces sistēmas jēdziens, kas kā propelentu izmanto atmosfēras molekulas. Kā paskaidroja EKA doktors Luiss Valpots ESA paziņojumā presei:
"Šis projekts sākās ar jaunu dizainu, kura mērķis bija iegūt gaisa molekulas kā propelentu no Zemes atmosfēras augšpuses aptuveni 200 km augstumā ar tipisku ātrumu 7,8 km / s."
Lai izstrādātu šo koncepciju, itāļu aviācijas uzņēmums Sitael un Polijas aviācijas uzņēmums QuinteScience apvienojās, lai izveidotu jaunu ieplūdes un sprauslu dizainu. Kamēr QuinteScience izveidoja ieplūdi, kas savāktu un saspiestu ienākošās atmosfēras daļiņas, Sitael izstrādāja divpakāpju dzinekli, kas uzlādēs un paātrinās šīs daļiņas, lai radītu vilci.
Pēc tam komanda veica datoru simulācijas, lai redzētu, kā daļiņas izturētos daudzās ieplūdes iespējām. Bet galu galā viņi izvēlējās veikt prakses pārbaudi, lai noskaidrotu, vai kombinētā ieplūde un dzineklis darbosies kopā. Lai to izdarītu, komanda to pārbaudīja vakuuma kamerā vienā no Sitael testa objektiem. Kamera simulēja vidi 200 km augstumā, bet “daļiņu plūsmas ģenerators” nodrošināja tuvojošās ātrgaitas molekulas.
Lai nodrošinātu pilnīgāku pārbaudi un pārliecinātos, ka dzineklis darbosies zema spiediena vidē, komanda sāka, aizdedzinot to ar ksenonu-propelentu. Walpot paskaidroja:
“Tā vietā, lai vienkārši izmērītu iegūto blīvumu kolektorā, lai pārbaudītu ieplūdes noformējumu, mēs nolēmām pievienot elektrisko dzinekli. Tādā veidā mēs pierādījām, ka mēs patiešām varam savākt un saspiest gaisa molekulas līdz līmenim, kurā varētu notikt dzinekļa aizdedze, un izmērīt faktisko vilci. Sākumā mēs pārbaudījām, vai mūsu dzinekli var atkārtoti aizdedzināt ar ksenonu, kas savākts no daļiņu staru ģeneratora. ”
Nākamajā posmā komanda daļēji nomainīs ksenonu ar slāpekļa-skābekļa gaisa maisījumu, lai modelētu Zemes augšējo atmosfēru. Kā tika cerēts, motors turpināja šaudīties, un vienīgais, kas mainījās, bija vilces krāsa.
"Kad motora pārskata zilā krāsa uz ksenona bāzes mainījās uz purpursarkanu, mēs zinājām, ka mums tas izdosies," sacīja Dr Walpot. “Sistēma beidzot tika atkārtoti aizdedzināta tikai ar atmosfēras propelentu, lai pierādītu koncepcijas iespējamību. Šis rezultāts nozīmē, ka elpošana ar gaisu elpojošā elektriskā piedziņa vairs nav tikai teorija, bet gan taustāms, funkcionējošs jēdziens, kas ir gatavs izstrādāšanai, lai vienu dienu kalpotu par pamatu jaunas klases misijām. ”
Gaisa elpojošu elektrisko virzuļu izstrāde varētu ļaut iegūt pilnīgi jaunu satelīta klasi, kas vairākus gadus vienlaikus varētu darboties ar Marsa, Titāna un citu ķermeņu atmosfēras bārkstīm. Ar šāda veida darbības laiku šie pavadoņi varētu apkopot datu apjomus par šo ķermeņu meteoroloģiskajiem apstākļiem, sezonālajām izmaiņām un to klimata vēsturi.
Šādi satelīti būtu ļoti noderīgi arī Zemes novērošanā. Tā kā viņi spētu darboties zemākā augstumā nekā iepriekšējās misijas un tos neierobežotu pārvadājamo degvielu daudzums, satelīti, kas aprīkoti ar gaisa elpošanas virzītājiem, varētu darboties ilgāku laika periodu. Tā rezultātā viņi varētu piedāvāt padziļinātu klimata pārmaiņu analīzi un rūpīgāk novērot meteoroloģiskos modeļus, ģeoloģiskās izmaiņas un dabas katastrofas.
