Pokiaľ ide o budúcnosť vesmírneho prieskumu, jednou z najväčších výziev sú motory, ktoré môžu maximalizovať výkon a zároveň zabezpečiť palivovú úspornosť. Tým sa nielen znížia náklady na jednotlivé misie, zabezpečí sa tým, že robotická kozmická loď (a dokonca aj kozmická loď s posádkou) bude môcť pracovať vo vesmíre dlhší čas bez nutnosti tankovania.
V posledných rokoch táto výzva viedla k niektorým skutočne inovatívnym konceptom, z ktorých jeden bol nedávno zostavený a testovaný tímom ESA. Tento koncept motora pozostáva z elektrického pohonu, ktorý je schopný „naberať“ vzácne molekuly vzduchu z horných častí atmosféry a používať ich ako pohonnú látku. Tento vývoj otvorí cestu pre všetky druhy satelitov, ktoré môžu fungovať na veľmi malých obežných dráhach okolo planéty roky.
Koncept vzduchového dýchania (tiež známy ako Ram-Electric Propulsion) je relatívne jednoduchý. Stručne povedané, motor pracuje na rovnakých princípoch ako ramscoop (kde sa medzihviezdny vodík zhromažďuje, aby poskytoval palivo) a iónový motor - kde sa zhromaždené častice nabíjajú a vypudzujú. Takýto motor by odstránil pohonnú látku na palube tým, že by zachytil atmosferické molekuly, keď prešiel cez atmosféru planéty.
Koncepcia bola predmetom štúdie s názvom „Elektrický pohon RAM pre prevádzku na nízkej obežnej dráhe Zeme: štúdia ESA“, ktorá bola predstavená na 30. medzinárodnej konferencii o elektrickom pohone v roku 2007. Štúdia zdôraznila, ako „satelity na nízkej obežnej dráhe sú vystavené atmosférickým vplyvom. ťahanie, a teda ich životnosť je pri súčasných technológiách pohonu obmedzená množstvom paliva, ktoré môžu uniesť, aby ho kompenzovali. “
Autori štúdie tiež naznačili, ako by satelity využívajúce vysoko špecifický impulzný elektrický pohon boli schopné kompenzovať odpor počas dlhej prevádzky v nízkej nadmorskej výške. Ako však usúdia, takáto misia by sa obmedzila aj na množstvo paliva, ktoré by mohla niesť. Určite to bol prípad gravitačného a mapovacieho satelitu ESA v gravitačnom poli a v ustálenom stave prieskumníka cirkulácie oceánu (GOCE),
Zatiaľ čo GOCE zostal na obežnej dráhe Zeme viac ako štyri roky a pôsobil vo výškach až 250 km (155 míľ), jej misia sa skončila v okamihu, keď vyčerpala svoju zásobu xenónu ako hnacieho plynu 40 kg (88 libier). Ako taký sa skúmal aj koncept elektrického pohonného systému, ktorý využíva pohonné látky v atmosfére. Ako vysvetlil Dr. Louis Walpot z ESA v tlačovej správe ESA:
„Tento projekt sa začal novým návrhom na zachytenie molekúl vzduchu ako hnacej látky z hornej časti zemskej atmosféry vo výške asi 200 km s typickou rýchlosťou 7,8 km / s.“
Aby sa tento koncept rozvinul, talianska letecká spoločnosť Sitael a poľská letecká spoločnosť QuinteScience sa spojili, aby vytvorili nový dizajn sania a pohonu. Zatiaľ čo spoločnosť QuinteScience vybudovala prívod, ktorý by zhromažďoval a komprimoval prichádzajúce atmosférické častice, Sitael vyvinul dvojstupňový pohon, ktorý by tieto častice nabíjal a urýchľoval, aby vytvorili ťah.
Tím potom spustil počítačové simulácie, aby zistil, ako sa častice budú správať v celom rade možností príjmu. Nakoniec sa rozhodli vykonať praktickú skúšku, aby zistili, či kombinovaný príjem a škrtidlo budú spolupracovať alebo nie. Tím to testoval vo vákuovej komore v jednom zo Sitaelových testovacích zariadení. Komora simulovala prostredie vo výške 200 km, zatiaľ čo generátor toku častíc poskytoval prichádzajúce vysokorýchlostné molekuly.
Aby sa zabezpečil kompletnejší test a ubezpečil sa, že akcelerátor bude fungovať v prostredí s nízkym tlakom, tím začal jeho zapaľovaním xenónovou hnacou látkou. Walpot vysvetlil:
„Namiesto toho, aby sme jednoducho merali výslednú hustotu v kolektore, aby sme skontrolovali návrh sania, rozhodli sme sa pripojiť elektrický pohon. Týmto spôsobom sme dokázali, že by sme skutočne mohli zhromažďovať a komprimovať molekuly vzduchu na úroveň, kde by mohlo dôjsť k zapáleniu paliva, a zmerať skutočný ťah. Najprv sme skontrolovali, či sa naša raketa môže opakovane vznietiť xenónom získaným z generátora lúčov častíc. “
Ako ďalší krok tím čiastočne nahradí xenón zmesou dusíka a kyslíka so vzduchom, aby simuloval hornú atmosféru Zeme. Ako sme dúfali, motor neustále strieľal a jediná vec, ktorá sa zmenila, bola farba ťahu.
„Keď sa modrá farba oblaku motora na báze xenónov zmenila na fialovú, vedeli sme, že sa nám to podarí,“ povedal Dr. Walpot. „Systém bol nakoniec opakovane zapálený iba atmosférickým hnacím plynom, aby sa dokázala realizovateľnosť koncepcie. Tento výsledok znamená, že elektrický pohon dýchajúci vzduchom už nie je iba teóriou, ale hmatateľným pracovným konceptom pripraveným na vývoj, ktorý bude slúžiť jeden deň ako základ novej triedy misií. “
Vývoj elektrických dýz dýchajúcich vzduch by mohol umožniť úplne novú triedu satelitu, ktorý by mohol fungovať s okrajmi atmosféry Marsu, Titanu a ďalších tiel roky po sebe. S takouto prevádzkovou životnosťou mohli tieto satelity zhromažďovať objemy údajov o meteorologických podmienkach týchto orgánov, sezónnych zmenách a histórii ich podnebia.
Takéto satelity by boli tiež veľmi užitočné, pokiaľ ide o pozorovanie Zeme. Keďže by boli schopné pracovať v nižších nadmorských výškach ako predchádzajúce misie a neboli by obmedzení množstvom paliva, ktoré by mohli nosiť, satelity vybavené vzduchovými dýchacími tryskami by mohli fungovať dlhší čas. Výsledkom by bolo, že by mohli ponúkať podrobnejšie analýzy o zmene klímy a podrobnejšie monitorovať meteorologické vzorce, geologické zmeny a prírodné katastrofy.
