Вчені створили двигун для супутників що живиться повітрям з атмосфери

Дослідник Штутгартського університету Франческо Романо створив експериментальний плазмовий двигун, який використовує розріджену атмосферу Землі як робоче тіло замість традиційного ксенону. Технологія може дозволити супутникам роками працювати на наднизьких орбітах без запасу пального на борту.

Розробка належить до класу Atmos­phere-Breath­ing Elec­tric Propul­sion (ABEP). Принцип роботи простий: супутник під час польоту збирає молекули верхніх шарів атмосфери, іонізує їх у плазму, а потім прискорює електромагнітним полем — і отримує тягу. Фактично двигун живиться тим самим газом, який гальмує апарат на орбіті.

Найцікавіша сфера застосування — дуже низькі навколоземні орбіти заввишки 100–450 км. На таких висотах супутники отримують детальніші знімки, а радіолокаційним і комунікаційним системам потрібно менше енергії. Крім того, після завершення місії апарат швидше сходить з орбіти, не поповнюючи космічне сміття.

Головним викликом виявився атомарний кисень — надзвичайно агресивний компонент верхньої атмосфери, здатний руйнувати електроди та інші елементи звичайних плазмових двигунів. Романо вирішив проблему, створивши безконтактний радіочастотний гелікон-двигун без зовнішнього нейтралізатора: магнітне поле формує квазінейтральний потік плазми, усуваючи найвразливіший елемент конструкції.

Для забору повітря з трьох випробуваних варіантів найефективнішою виявилася конструкція з параболічною відбивною поверхнею — вона вловлювала 94,3% частинок атомарного кисню, азоту та аргону. Навіть при відхиленні від оптимального напрямку на 15 градусів ефективність знижувалася лише на 8%. Для утворення плазми використовується так звана bird­cage-антена, конструкцію якої запозичено з медичних МРТ-апаратів — вона передає до 99% підведеної потужності в зону плазмоутворення.

У вакуумній камері двигун стабільно генерував плазму при потужності лише 50–60 Вт. За розрахунками, повноцінний супутник із таким двигуном зможе утримувати орбіту на висоті 190–250 км, споживаючи менше 1,6 кВт — стільки теоретично здатні забезпечити сонячні панелі.

Технологія може знайти застосування і на Марсі: атмосфера планети складається переважно з вуглекислого газу, який двигун також зможе використовувати як робоче тіло для підтримки орбіт на висоті 120–160 км. Поки розробка залишається лабораторним прототипом — наступним ключовим кроком має стати випробування на реальному космічному апараті.