Kosmoseuuringute tuleviku osas on üks suuremaid väljakutseid mootoritega, mis suudavad maksimeerida jõudlust, tagades samal ajal ka kütusesäästlikkuse. See mitte ainult ei vähenda üksikute missioonide kulusid, vaid tagab, et robotkosmoseaparaadid (ja isegi meeskonnaga kosmoseaparaadid) saavad kosmoses pikemat aega töötada, ilma et oleks vaja tankida.
Viimastel aastatel on selle väljakutse tulemusel sündinud mõned tõeliselt uuenduslikud kontseptsioonid, millest ühe ESA meeskond hiljuti ehitas ja testis. See mootorikontseptsioon koosneb elektrilisest tõukurist, mis on võimeline atmosfääri tippudest "välja kraapima" väheseid õhumolekule ja kasutama neid raketikütusena. See areng avab tee kõikvõimalikele satelliitidele, mis võivad töötada planeetide ümber väga madalatel orbiitidel aastaid korraga.
Õhku hingava tõukejõu (teise nimega Ram-Electric Propulsion) kontseptsioon on suhteliselt lihtne. Lühidalt, mootor töötab samadel põhimõtetel nagu ramscoop (kus tähtedevahelist vesinikku kogutakse kütuse saamiseks) ja ioonmootor - kus kogutud osakesed laaditakse ja väljutatakse. Selline mootor kaotaks raketikütuse, kui ta võtaks atmosfääri molekulid läbi planeedi atmosfääri ülaosa.
Selle kontseptsiooni teemaks oli uurimus pealkirjaga “RAM-i elektriline jõud madala Maa orbiidi tööks: ESA-uuring”, mida esitleti 30. rahvusvahelisel elektrilise tõukejõu konverentsil 2007. aastal. Uuring rõhutas, kuidas “madala Maa orbiidi satelliidid on atmosfääri all tõmbejõud ja seega on nende eluiga praeguse tõukejõu tehnoloogiaga piiratud raketikütuse kogusega, mida nad saavad selle kompenseerimiseks kanda. ”
Uuringu autorid tõid välja ka selle, kuidas suure spetsiifilise impulsiga elektrilist tõukejõudu kasutavad satelliidid suudaksid kompenseerida pikema aja jooksul madala kõrgusega töötamise korral tõmbumist. Kuid nagu nad järeldavad, piirduks selline missioon ka kütusekogusega, mida see kanda võiks. See juhtus kindlasti ESA gravitatsioonivälja ja püsiseisundi ookeani ringluse uurija (GOCE) gravitatsioonikaardistaja satelliidi korral,
Kui GOCE püsis Maa orbiidil enam kui neli aastat ja opereeris nii madalatel kõrgustel kui 250 km (155 miili), siis tema missioon lõppes hetkega, kui ta lõpetas raketikütuse tarnitud ksenooni 40 kg (88 naela). Sellisena on uuritud ka elektrilise tõukejõusüsteemi kontseptsiooni, milles raketikütuseks kasutatakse atmosfääri molekule. Nagu ESA dr Louis Walpot ESA pressiteates selgitas:
"See projekt algas uudse disainiga, mille eesmärk oli kütusena õhumolekulide otsimine Maa atmosfääri tipust umbes 200 km kõrgusel, tüüpilise kiirusega 7,8 km / s."
Selle kontseptsiooni väljatöötamiseks pidasid Itaalia lennunduse kosmoseettevõtte Sitael ja Poola lennundusettevõtte QuinteScience koostööd uudse sisselaske- ja tõukejõu kujunduse loomiseks. Kui QuinteScience ehitas sisselaskeava, mis koguks ja suruks sissetulevad atmosfääriosakesed, siis Sitael töötas välja kaheastmelise tõukaja, mis laadiks ja kiirendaks neid osakesi tõukejõu tekitamiseks.
Seejärel viis meeskond arvutisimulatsioone, et näha, kuidas osakesed käituvad mitmesuguste sissevõtuvõimaluste korral. Kuid lõpuks otsustasid nad korraldada praktika, et näha, kas kombineeritud sisselaske- ja tõukejõu töötavad koos või mitte. Selleks katsetas meeskond seda vaakumkambris ühes Sitaeli katserajatises. Kamber simuleeris keskkonda 200 km kõrgusel, samal ajal kui osakeste voolugeneraator varustas lähenevaid kiireid molekule.
Täpsema testi tegemiseks ja veendumaks, et tõukejaam töötab madala rõhu all, alustas meeskond seda ksenoon-raketikütusega. Walpot selgitas:
“Selle asemel, et lihtsalt mõõta saadud tihedust kollektoril, et kontrollida sisselasketorustikku, otsustasime kinnitada elektrilise tõmburi. Sel viisil tõestasime, et suudame õhumolekule tõepoolest koguda ja kokku suruda tasemeni, kus võib aset leida tõukejõu süttimine, ning mõõta tegelikku tõukejõudu. Alguses kontrollisime, et meie tõukejõudu saaks osakeste kiire generaatorist kogutud ksenooniga korduvalt süüdata. ”
Järgmise sammuna asendab meeskond Maa ülemise atmosfääri simuleerimiseks osaliselt ksenooni lämmastiku-hapniku õhu seguga. Nagu loodetud, jätkas mootor tulekahju ja ainus, mis muutis, oli tõukejõu värv.
"Kui mootori ksenoonipõhine sinine värv muutus lillaks, teadsime, et see on meil õnnestunud," ütles dr Walpot. „Süsteemi süüdati lõpuks korduvalt ainult atmosfääri sisaldava raketikütuse abil, et tõestada kontseptsiooni teostatavust. See tulemus tähendab, et õhku hingav elektriline tõukejõud pole enam lihtsalt teooria, vaid käegakatsutav ja toimiv kontseptsioon, mis on valmis arendamiseks ja on ühel päeval uue missioonide klassi alus. "
Õhku hingavate elektriliste tõukejõude arendamine võimaldaks luua täiesti uue klassi satelliite, mis võiksid töötada korraga Marsi, Titani ja teiste kehade atmosfääri äärealadel. Sellise tööea jooksul võiksid need satelliidid koguda andmeid nende kehade ilmastikutingimuste, hooajaliste muutuste ja nende kliima ajaloo kohta.
Sellised satelliidid oleksid ka Maa vaatlemisel väga kasulikud. Kuna nad saaksid tegutseda varasematest missioonidest madalamal kõrgusel ega oleks piiratud nende kantava raketikogusega, võiksid õhku hingavate tõukejõuga varustatud satelliidid töötada pikema aja vältel. Selle tulemusel võiksid nad pakkuda põhjalikumaid kliimamuutuste analüüse ja jälgida meteoroloogilisi mustreid, geoloogilisi muutusi ja loodusõnnetusi täpsemalt.
