Такие двигатели могут изменить подход к проектированию и обслуживанию спутников, работающих на низких орбитах, а также открыть новые возможности для миссий по изучению Земли и других планет.
Выбор орбиты для спутника всегда связан с компромиссами. Очень низкая околоземная орбита — то есть работа аппарата на высоте от 100 до 450 километров — имеет явные преимущества: камеры дистанционного зондирования получают более четкие снимки, системы связи и радары требуют меньше энергии, а атмосферное сопротивление автоматически очищает пространство от отработавших спутников. Однако у такой орбиты есть и своя цена: трение о воздух тормозит спутники и заставляет их чаще использовать двигатели, расходуя при этом дорогостоящее топливо.
Франческо Романо из Штутгартского университета в рамках своей докторской диссертации нашел элегантное решение этой проблемы — он предложил использовать сами молекулы воздуха, вызывающие трение, в качестве топлива для плазменного двигателя.
Такое решение относится к классу систем ABEP (atmosphere-breathing electric propulsion) — электрореактивных двигателей с атмосферным питанием. Они захватывают разреженный воздух перед космическим аппаратом, направляют его в электрический двигатель, который превращает молекулы в плазму и выбрасывает назад, создавая тягу. В теории это звучит просто, но на практике возникают серьезные технические проблемы.
Главная из них — атомарный кислород. В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение расщепляет молекулы O2 на агрессивные одноатомные формы, активно окисляющие металлические электроды, ускорительные решетки и катоды, которые используются в стандартных ионных двигателях. Особенно страдают катоды «электронной пушки», нейтрализующей заряд космического аппарата — без этой функции вся система ионного движения выходит из строя. Еще одна сложность — изменчивость самой атмосферы в зависимости от суточного цикла, широты и солнечной активности.
Источник: hi-tech.mail.ru