Впервые в мире команда исследователей, возглавляемая сотрудниками Европейского космического агентства (ЕКА), построила и провела огневые испытания электрического двигателя, способного использовать молекулы разреженного воздуха из верхних слоев атмосферы в качестве рабочего тела. Эта разработка поможет увеличить срок службы спутников, находящихся на низкой околоземной орбите.
Спутник ЕКА под названием GOCE находился на орбите высотой 250 километров в течение более чем пяти лет благодаря электрическому двигателю, который постоянно компенсировал силу сопротивления воздуха. Однако срок его службы был ограничен, поскольку на борту находилось всего лишь 40 килограммов ксенона, используемого в качестве рабочего тела – после того как весь ксенон был израсходован, миссия завершилась.
Замена рабочего тела, запасы которого приходится хранить на борту, на молекулы атмосферного воздуха позволит создать новый класс спутников, способных находиться на очень низких орбитах в течение продолжительного времени.
«В начале этого проекта была предложена концепция двигателя, способного захватывать молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы Земли и использовать их в качестве рабочего тела, чтобы обеспечить скорость на уровне 7,8 километра в секунду", - объяснил Луи Вальпот из ЕКА.
Вся конструкция двигателя была разработана и испытана авиакосмической фирмой Sitael, Италия, которая протестировала двигатель в вакуумной камере, имитирующей условия на высоте 200 километров над поверхностью Земли.
Основной проблемой при создании двигателя стала разработка надежной системы впуска молекул воздуха, позволяющей накапливать достаточное его количество для последующего сжатия. Затем сжатый воздух подвергается ионизации, и ионизированные частицы ускоряются в электрическом поле, обеспечивая необходимую тягу. Система ионизации и ускорения молекул воздуха имеет две ступени.
Использующие атмосферный воздух электрические ракетные двигатели могут также быть использованы для движения космических аппаратов в атмосферах других планет, например, в атмосфере Марса, в которой преобладает диоксид углерода (CO2), считает Вальпот.