_ Ion care respira aer motoarele ar putea stimula în mod continuu navele spațiale oriunde există o atmosferă

Rămânerea pe orbită poate fi o provocare, cel puțin pentru orbitele inferioare care sunt mai afectate de atmosfera Pământului. Dar, astfel de orbite vin și cu avantaje, cum ar fi puncte de vedere mai bune pentru noi operațiuni comerciale, cum ar fi observarea Pământului și conexiunile de telecomunicații. Deci există un stimulent pentru oricine care își poate da seama cum să mențină funcțional un satelit pe orbită la acele altitudini mai joase pentru perioade lungi. Una dintre cele mai bune căi către acest obiectiv pare să fie un motor ionic care preia particulele atmosferice și le folosește pentru împingere. Acum, o lucrare lansată recent explorează cazuri potențiale de utilizare pentru un astfel de motor și sugerează o cale spre comercializarea lor.

Una dintre cele mai mari probleme legate de menținerea orbitei terestre foarte joase (VLEO) este combustibilul. La acele altitudini, considerate de obicei sub 450 km de la suprafață sau aproximativ la fel de înaltă ca stația spațială, atmosfera trage pe orice orbită, ceea ce necesită o împingere consistentă a unui motor pentru a contracara. În mod obișnuit, sateliții mari au o rezervă de combustibil rămasă special pentru a compensa această rezistență, în timp ce lansările suplimentare alimentează constant sistemele precum ISS.

O moarte de foc în atmosferă îi așteaptă pe cei care nu beneficiază de aprovizionarea pentru o viață. combustibil sau misiuni constante de realimentare. Multe sisteme ar suferi o astfel de soartă, deoarece costul pur și simplu transportului suficient de combustibil pe acea orbită depășește unele dintre beneficiile datelor pe care le-ar returna. Deci, ce se întâmplă dacă un operator de satelit și-ar putea menține orbita stabilă fără combustibil suplimentar?

Intra în sistemul de propulsie electrică cu respirație atmosferică (ABEP). Preia particulele atmosferice, care sunt încă relativ abundente chiar și la 450 km în sus, și le folosește pentru a alimenta o unitate electrică de ioni. Sisteme de propulsie similare au fost testate anterior în spațiu fără gravitație, dar niciunul nu a fost până acum operațional în interiorul unei atmosfere. Acest lucru se poate schimba în curând.

Mai multe grupuri din SUA, UE și Japonia cercetează potențiale sisteme ABEP, deși contingentul ESA pare cel mai îndepărtat. Luând finanțare din programul Horizon 2020 al ESA, proiectul lor, cunoscut sub numele de DISCOVERER și cu sediul la Universitatea din Stuttgart, a cercetat două componente principale ale oricărui ABEP. În proiectarea sistemului DISCOVERER, o admisie atmosferică ar alimenta particulele atmosferice către un motor ionic, în timp ce o împingere de plasmă ar ioniza acele particule și le-ar ejecta în spatele navei.

În esență, asta ar permite oricărui satelit echipat. cu un astfel de sistem să aibă o sursă de combustibil nelimitată și chiar să poată alimenta alte ambarcațiuni din zonă. Dar tehnologia este departe de a oferi unele beneficii, așa că echipa ESA a lansat un fel de plan de atac pentru tehnologia sistemelor de propulsie ABEP care analizează mai multe cazuri potențiale de utilizare și evaluează dacă tehnologia actuală ar fi la îndemână pentru a fi îndeplinită. nevoile aplicației.

Prima dintre aceste aplicații ar fi menținerea unei orbite stabile în jurul Pământului la o înălțime mai mică de 450 km. Relativ simplu în concept, dar încă dificil de realizat în practică. Potrivit lucrării, orbitele între 180 și 250 km sunt punctul ideal pentru tipul de motoare ABEP aflate în prezent în curs de testare. Orice mai mare și nu ar fi suficiente particule atmosferice pentru a acționa drept combustibil. Orice mai mică, iar rezistența atmosferică ar fi mai mare decât ar putea contracara propulsorul.

Extrapolând la alte scenarii de utilizare, cercetătorii s-au uitat la cum ar arăta o misiune de întreținere orbitală în jurul lui Marte. Deși nu este la fel de fezabilă ca o orbită terestră, având în vedere atmosfera semnificativ mai puțin densă a lui Marte, o misiune ABEP ar fi probabil capabilă să mențină o orbită marțiană între 130-160 km fără a fi nevoie de combustibil extern.

Făcând chiar un pas mai departe, sateliții alimentați de ABEP ar putea chiar să ofere combustibil suplimentar altor ambarcațiuni care se lansează fără propriul mecanism de colectare a atmosferei pentru a o folosi drept combustibil. Cu nivelurile tehnologice actuale, acest lucru pare mai puțin fezabil în jurul Pământului, doar microsateliții care necesită cantitatea de combustibil pe care ar oferi o navă de realimentare ABEP.

Pe Marte, pe de altă parte, rezistența atmosferică mai mică face ca astfel de misiuni să fie mai mult. fezabil. Cu toate acestea, nu există chiar o cerere mare pentru realimentarea pe orbita marțiană în acest moment al dezvoltării infrastructurii spațiale.

Chiar dacă ar exista, există și alte pericole potențiale pentru ABEP. Pe orbita Pământului, componentele oricărei nave ar fi supuse oxigenului elementar, care are un efect extrem de coroziv asupra pieselor. Atât de mult încât rezistența la oxidare a unei nave ar putea fi factorul care determină cât de mult va dura. Aceasta este o provocare inginerească cu totul diferită.

Deocamdată, toate ABEP-urile sunt încă în stadiul de prototipare și va dura ceva timp până când orice misiune va zbura. Mai sunt totuși o mulțime de lucrări de modelare de făcut, inclusiv să analizăm cum ar arăta fezabilitatea misiunilor de întreținere orbitală sau de alimentare cu combustibil pe alte lumi învăluite în atmosferă, cum ar fi Titan. Această soluție elegantă este încă la începutul ciclului său de dezvoltare, dar ar putea ajuta la rezolvarea unei probleme foarte spinoase.

(Fluierul)