Топливо из воздуха. В Германии создали плазменный двигатель, работающий на атмосферном воздухе
Инженер Франческо Романо из Штутгартского университета разработал концепт плазменного двигателя, который работает на разреженном воздухе верхних слоев атмосферы вместо дорогостоящего топлива из баллонов.
Эта концепция решает главную проблему спутников на сверхнизких околоземных орбитах (VLEO) на высотах от 100 до 450 километров.
С одной стороны, работа на такой высоте позволяет разведывательным и научным камерам делать детальные снимки поверхности Земли, а радарам — расходовать меньше энергии. С другой — сопротивление остаточной атмосферы требует непрерывной работы корректирующих двигателей, из-за чего аппараты быстро расходуют дорогостоящий инертный газ ксенон и сходят с орбиты.
Романо разработал систему «воздушно-дышащего» электроракетного двигателя (ABEP). Специальный воздухозаборник захватывает молекулы газа непосредственно перед аппаратом, направляет их в двигатель, ионизирует с помощью радиочастотного поля и выбрасывает плазменную струю назад, обеспечивая постоянную тягу. Об этом сообщает phys.org.
Главной технической проблемой был атомарный кислород верхних слоев атмосферы, который быстро разъедает металлические электроды традиционных ионных двигателей и разрушает нейтрализаторы заряда. Чтобы обойти это препятствие, автор сделал двигатель полностью бесконтактным.
При разработке катушки инженер вдохновлялся конструкцией медицинских МРТ-сканеров, использовав антенну типа «птичья клетка», которая направляет в плазму до 99% энергии. Соленоид формирует магнитное сопло, выталкивающее квазинейтральный поток частиц без необходимости в хрупких катодных пушках.
Входной заборник на основе параболического зеркала с графитовым покрытием смог уловить 94,3% молекул даже при отклонении аппарата от курса. В ходе лабораторных испытаний в вакуумной камере двигатель уверенно создавал поток плазмы при мощности всего 50–60 Вт.
Расчеты, выполненные на примере известного европейского спутника-гравиметра GOCE, показали, что новая установка позволит аппаратам неограниченно долго удерживать орбиту на высоте 190–250 километров, потребляя менее 1,6 кВт энергии от бортовых солнечных панелей.
Эта технология также открывает путь к экстремально низким орбитам Марса. В атмосфере Красной планеты, состоящей из углекислого газа, такой двигатель способен удерживать спутники на высоте всего 120–160 километров.