Uzay araştırmalarının geleceği söz konusu olduğunda, en büyük zorluklardan biri, yakıt verimliliğini de sağlarken performansı en üst düzeye çıkarabilen motorlar bulmaktır. Bu sadece bireysel görevlerin maliyetini azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda robotik uzay aracının (ve hatta mürettebatlı uzay aracının) yakıt ikmali yapmak zorunda kalmadan uzayda uzun süre çalışabilmesini sağlayacaktır.
Son yıllarda, bu zorluk, bir ESA ekibi tarafından ilk kez inşa edilen ve test edilen gerçekten yenilikçi bazı konseptlere yol açtı. Bu motor konsepti, kıt hava moleküllerini atmosferlerin tepelerinden “kepçe” haline getirebilen ve itici olarak kullanabilen bir elektrikli iticiden oluşur. Bu gelişme, yıllarca gezegenlerin etrafında çok düşük yörüngelerde çalışabilen her türlü uydunun yolunu açacaktır.
Hava soluyan itici (diğer adıyla Ram-Electric Propulsion) kavramı nispeten basittir. Kısacası, motor bir ramscoop (yakıt sağlamak için yıldızlararası hidrojenin toplandığı) ve bir iyon motoruyla - toplanan parçacıkların yüklendiği ve çıkarıldığı aynı prensiplerle çalışır. Böyle bir motor, bir gezegenin atmosferinin tepesinden geçerken atmosferik molekülleri alarak gemideki itici gücü ortadan kaldıracaktır.
Kavram, 2007 yılında 30. Uluslararası Elektrikli Tahrik Konferansı'nda sunulan “Düşük Dünya Yörünge Operasyonu için RAM Elektrikli Tahrik: Bir ESA Çalışması” başlıklı bir çalışmanın konusudur. sürükleme ve dolayısıyla ömürleri, mevcut itme teknolojileri ile telafi etmek için taşıyabilecekleri itici gaz miktarı ile sınırlıdır. ”
Çalışmanın yazarları ayrıca, yüksek özgül darbeli elektrikli tahrik kullanan uyduların uzun bir süre düşük irtifa operasyonu sırasında sürüklenmeyi nasıl telafi edebileceğini belirtti. Ancak, sonuç olarak, böyle bir misyon, taşıyabileceği yakıt miktarı ile de sınırlı olacaktır. Bu kesinlikle ESA'nın Yerçekimi alanı ve kararlı durum Okyanus Sirkülasyon Kaşifi (GOCE) yerçekimi haritacı uydusu için geçerliydi,
GOCE dört yıldan fazla bir süre Dünya yörüngesinde kaldı ve 250 km (155 mi) gibi yüksek irtifalarda çalışsa da, görevi 40 kg (88 lbs) xenon tedarikini itici olarak tükettiği anda sona erdi. Bu itibarla, itici gaz olarak atmosferik molekülleri kullanan bir elektrikli sevk sistemi kavramı da araştırılmıştır. ESA'dan Dr.Louis Walpot'un bir ESA basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Bu proje, hava moleküllerini yaklaşık 200 km yükseklikte Dünya atmosferinin tepesinden itici olarak 7.8 km / s'lik bir hızda toplamak için yeni bir tasarımla başladı.”
Bu konsepti geliştirmek için İtalyan havacılık şirketi Sitael ve Polonya havacılık şirketi QuinteScience yeni bir giriş ve itici tasarımı oluşturmak için bir araya geldi. QuinteScience, gelen atmosferik parçacıkları toplayıp sıkıştıracak bir alım geliştirirken, Sitael, bu parçacıkları itme oluşturmak için şarj edip hızlandıracak çift aşamalı bir itici geliştirdi.
Ekip daha sonra partiküllerin bir dizi alım seçeneğinde nasıl davranacağını görmek için bilgisayar simülasyonları yaptı. Ancak sonunda, birleşik alım ve iticinin birlikte çalışıp çalışmayacağını görmek için bir uygulama testi yapmayı seçtiler. Bunu yapmak için ekip, Sitael’in test tesislerinden birindeki bir vakum odasında test etti. Oda, 200 km yükseklikte bir ortam simüle ederken, bir “parçacık akış üreteci” yaklaşmakta olan yüksek hızlı molekülleri sağladı.
Daha eksiksiz bir test sağlamak ve iticinin düşük basınçlı bir ortamda çalışacağından emin olmak için ekip, ksenon itici ile ateşleyerek başladı. Walpot açıkladı:
“Emme tasarımını kontrol etmek için toplayıcıdaki elde edilen yoğunluğu ölçmek yerine bir elektrikli itici takmaya karar verdik. Bu şekilde, hava moleküllerini gerçekten pervane ateşlemesinin gerçekleşebileceği bir seviyeye toplayabildiğimizi ve sıkıştırabildiğimizi kanıtladık ve gerçek itişi ölçebildik. İlk başta iticimizin parçacık demeti jeneratöründen toplanan ksenon ile tekrar tekrar tutuşabileceğini kontrol ettik. ”
Bir sonraki adım olarak, ekip Dünya'nın üst atmosferini simüle etmek için ksenonu kısmen bir nitrojen-oksijen hava karışımı ile değiştiriyor. Umulduğu gibi, motor ateş etmeye devam etti ve değişen tek şey itme rengiydi.
Walpot, “Motor tüyünün ksenon bazlı mavi rengi mora döndüğünde, başardığımızı biliyorduk” dedi. “Sistem nihayet konseptin fizibilitesini kanıtlamak için yalnızca atmosferik itici ile tekrar tekrar ateşlendi. Bu sonuç, havayı soluyan elektrik tahrikinin artık sadece bir teori değil, yeni bir misyon sınıfının temeli olarak bir gün hizmet etmek için geliştirilmeye hazır somut, çalışan bir kavram olduğu anlamına geliyor. ”
Hava soluyan elektrikli iticilerin geliştirilmesi, yıllarca Mars’ın, Titan’ın ve diğer vücut atmosferinin saçaklarıyla çalışabilen tamamen yeni bir uydu sınıfına izin verebilir. Bu tür bir operasyonel ömürle, bu uydular bu cisimlerin meteorolojik koşulları, mevsimsel değişimleri ve iklimlerin tarihi hakkında çok miktarda veri toplayabilirler.
Bu uydular, Dünya'yı gözlemlemek söz konusu olduğunda da çok yararlı olacaktır. Önceki görevlerden daha düşük irtifalarda çalışabilecekleri ve taşıyabilecekleri itici gaz miktarı ile sınırlı olmayacakları için, hava solumak iticilere sahip uydular uzun süre çalışabilirler. Sonuç olarak, İklim Değişikliği hakkında daha derinlemesine analizler sunabilirler ve meteorolojik kalıpları, jeolojik değişiklikleri ve doğal afetleri daha yakından izleyebilirler.
