Kalbant apie kosmoso tyrinėjimo ateitį, vienas didžiausių iššūkių kyla varikliams, kurie gali padidinti našumą ir kartu užtikrinti degalų efektyvumą. Tai ne tik sumažins atskirų komandiruočių išlaidas, bet ir užtikrins, kad robotizuotas erdvėlaivis (ir net įgulos narių įgulos nariai) ilgesnį laiką galėtų veikti kosmose be degalų papildymo.
Pastaraisiais metais šis iššūkis paskatino keletą novatoriškų koncepcijų, iš kurių vieną neseniai EKS komanda sukūrė ir išbandė pirmą kartą. Šią variklio koncepciją sudaro elektrinis variklis, galintis „nuskaityti“ menkas oro molekules iš atmosferos viršūnių ir panaudoti jas kaip svaidomąją medžiagą. Šis vystymasis atvers kelią visų rūšių palydovams, kurie vienerius metus gali veikti labai žemomis orbitomis aplink planetas.
Oro kvėpuojančio stūmiklio (dar žinomo kaip „Ram-Electric“ variklis) koncepcija yra gana paprasta. Trumpai tariant, variklis veikia tais pačiais principais kaip „ramscoop“ (kur tarpžvaigždinis vandenilis surenkamas, kad būtų degalai) ir joninis variklis, kuriame surinktos dalelės būtų įkraunamos ir išstumiamos. Toks variklis atsikratys laivo svaidomojo kuro, imdamas atmosferos molekules, kai jis praeina pro planetos atmosferos viršų.
Koncepcija buvo tyrimo, pavadinto „RAM elektrinė varomoji žemos žemės orbitos eksploatacija: ESA tyrimas“, tema, kuris buvo pristatytas 2007 m. 30-ojoje tarptautinėje elektrinės varomosios jėgos konferencijoje, objektas. Tyrime pabrėžiama, kaip „Žemos žemės orbitos palydovai yra veikiami atmosferos jų gyvenimo trukmė yra apribota dabartinėmis varomosiomis technologijomis, atsižvelgiant į svaidomosios medžiagos kiekį, kurį jie gali nešti kompensuoti. “
Tyrimo autoriai taip pat nurodė, kaip palydovai, naudojantys didelę specifinę impulsinę elektrinę varomąją jėgą, ilgą laiką galėtų kompensuoti pasipriešinimą mažo aukščio darbams. Tačiau, kaip jie daro išvadą, tokia misija taip pat apsiribotų degalų kiekiu. Neabejotinai taip buvo ESA gravitacijos lauko ir pastovaus vandenyno cirkuliacijos tyrinėtojo (GOCE) gravitacijos žemėlapio palydovo atveju,
Nors GOCE ilgiau nei ketverius metus buvo Žemės orbitoje ir veikė net 250 km (155 mylių) aukštyje, jos misija pasibaigė tuo metu, kai ji išnaudojo savo 40 kg (88 svarų) ksenono, kaip raketinio kuro, atsargas. Ištirta ir elektrinės varomosios sistemos, kuriai kaip raketiniam kurui naudojamos atmosferos molekulės, koncepcija. Kaip ESA pranešime spaudai paaiškino dr. Louis Walpot iš EKA:
„Šis projektas prasidėjo nauju projektu, kurio tikslas buvo paslėpti oro molekules kaip raketinį iš žemės atmosferos viršaus maždaug 200 km aukštyje, tipišku 7,8 km / s greičiu.“
Norėdami išplėtoti šią koncepciją, Italijos aviacijos ir kosmoso kompanija „Sitael“ ir Lenkijos aviacijos ir kosmoso kompanija „QuinteScience“ subūrė komandą, kad sukurtų naują įsiurbimo ir stūmoklio konstrukciją. Nors „QuinteScience“ sukūrė įsiurbimo angą, kuri surinktų ir suspaustų įeinančias atmosferos daleles, „Sitael“ sukūrė dviejų pakopų variklį, kuris šias daleles įkrautų ir pagreitintų, kad būtų sukurta trauka.
Tada komanda atliko kompiuterinį modeliavimą, norėdama pamatyti, kaip dalelės elgsis įvairiose įsiurbimo vietose. Galų gale jie pasirinko atlikti praktinį testą, norėdami išsiaiškinti, ar kombinuotas įsiurbimas ir stūmoklis veiks kartu, ar ne. Norėdami tai padaryti, komanda jį išbandė vakuuminėje kameroje vienoje iš „Sitael“ bandymų vietų. Kamera imitavo aplinką 200 km aukštyje, o „dalelių srauto generatorius“ pateikė artėjančias greitaeigis molekules.
Norėdami atlikti išsamesnį testą ir įsitikinti, kad variklis veiks žemo slėgio aplinkoje, komanda pradėjo uždegdama jį ksenonu. „Walpot“ paaiškino:
„Užuot tiesiog išmatavę gautą tankį kolektoriuje, kad patikrintume įsiurbimo planą, mes nusprendėme pritvirtinti elektrinį stūmoklį. Tokiu būdu mes įrodėme, kad iš tikrųjų galime surinkti ir suspausti oro molekules iki tokio lygio, kad galėtų įvykti virpesių degiklis, ir išmatuoti tikrąją jėgą. Iš pradžių mes patikrinome, ar mūsų prožektorius gali būti pakartotinai uždegtas, naudojant ksenoną, surinktą iš dalelių pluošto generatoriaus. “
Tolesniame etape komanda iš dalies pakeis ksenoną azoto ir deguonies oro mišiniu, kad imituotų viršutinę Žemės atmosferą. Kaip tikėtasi, variklis vis degė, ir vienintelis dalykas, kuris pasikeitė, buvo traukos spalva.
„Kai mėlyna ksenono variklio spalvos spalva pasikeitė į violetinę, mes žinojome, kad mums pasisekė“, - sakė dr. Walpot. „Sistema pagaliau buvo pakartotinai uždegta vien tik naudojant atmosferinį raketinį kurą, kad būtų įrodytas šios idėjos įgyvendinamumas. Šis rezultatas reiškia, kad oru kvėpuojanti elektrinė varomoji jėga yra ne tik teorija, bet ir apčiuopiama, veikianti koncepcija, paruošta paruošti, kad vieną dieną galėtų būti naujos misijų klasės pagrindu. “
Sukūrus orą kvėpuojančius elektrinius variklius, būtų galima sukurti visiškai naują palydovo klasę, kuri vienus metus galėtų veikti su Marso, Titano ir kitų kūnų atmosferomis. Esant tokiai eksploatavimo trukmei, šie palydovai galėjo rinkti daugybę duomenų apie šių kūnų meteorologines sąlygas, sezoninius pokyčius ir jų klimato istoriją.
Tokie palydovai taip pat būtų labai naudingi stebint Žemę. Kadangi palydovai su oro kvėpavimo varikliais galėtų veikti ilgesnį laiką, nes jie galėtų veikti mažesniame aukštyje nei ankstesnės misijos ir nebūtų ribojami galinčio gabenti kuro kiekiu. Todėl jie galėtų pasiūlyti išsamesnes klimato kaitos analizes ir atidžiau stebėti meteorologinius pokyčius, geologinius pokyčius ir stichines nelaimes.
