Ученые Европейского космического агентства (ESA) и специалисты итальянской компании SITAEL создали прототип нового воздушно-реактивного электрического двигателя, который позволит спутникам работать на очень низких орбитах не только Земли, но и других планет, в том числе и Марса. Такая технология будет использовать в качестве горючего (рабочего тела) молекулы кислорода, об этом сообщает New Atlas.
Новая технология основана на эффекте Холла — использовании осевого электрического и радиального магнитного поля для ионизации газов (обычно ксенона). В холловском двигателе есть внутренний положительный анод и внешний отрицательный катод. Между ними образуется электрическое поле, в которое поступает газ ксенон. Электрическое поле выбивает из нейтральных атомов газа отрицательные частицы (электроны), превращая тем самым их в положительные ионы. Эти частицы (отрицательные электроны и положительные ионы в виде плазмы) подхватывает холловский ток и направляет его в перпендикулярное магнитное поле, которое расположено по оси двигателя. Здесь холловский ток разгоняет частицы по оси магнитного поля и выбрасывает их из сопла, чтобы произвести тягу.
Европейское космическое агентство разрабатывало ионные двигатели на ксеноне с начала 2000 годов, но большинство из них не показывало надежных результатов. Так в 2013 году один из спутников ESA GOGE, предназначенный для исследования гравитационного поля и установившихся океанских течений, проработал на ионном двигателе более четырех лет, прежде чем его запасы ксенона истощились и он сошел с орбиты и сгорел в плотных слоях атмосферы.
Слишком малый срок службы таких двигателей стал основной проблемой, которую команда ESA и SITAEL хотела решить с помощью новой технологии. Разработанной системе не требуется дозаправка топлива человеком для более продолжительной работы, она способна сама получать горючее из окружающего воздуха. Попадая внутрь нового двигателя, молекулы воздуха сжимаются до тех пор, пока они не нагреются и газ не превратится в плазму. После чего плазме придается электрический заряд для ускорения ее частиц, а затем плазменная струя выбрасывается из сопла, чтобы произвести тягу.
“Наша конструкция использует молекулы воздуха как топливо. Двигатель способен “зачерпывать” воздух из верхней разреженной атмосферы на высоте 200 км на скорости спутника 7,8 км/с”, — объясняет Луи Уолпот из ESA.
Исследователи говорят, что такой воздушно-реактивный электрический двигатель позволит спутникам работать на очень низких орбитах в течение длительного времени и в конечном итоге может быть адаптирован для работы в атмосферах других планет, таких как Марс. Кроме того, в отличие от обычного ионного двигателя, система ESA будет намного чище, безопаснее и экономичнее.
Эксперимент
Команда исследователей разработала прототип нового двигателя и проверила его на одном из объектов SITAEL в Италии в камере, которая имитировала окружающую среду на высоте 200 км.
В первом тесте в качестве горючего использовался ксенон, чтобы проверить в двигателе малой тяги способность топлива воспламеняться. Как только проверка прошла успешно, команда заменила часть ксенона на азотно-кислородную газовую смесь.
“Когда синий цвет плазменной струи, полученный от топлива на основе ксенона, изменился на фиолетовый, мы поняли, что у нас все получилось. Мы доказали, что действительно молекулы воздуха могут стать новым горючим для работы двигателя”, — сообщил Уолпот.
Сейчас ученые работают над созданием первого рабочего образца нового двигателя. Пока не уточняется, когда именно он появится на свет.