Un cercetător de la Universitatea din Stuttgart a dezvoltat un motor de plasmă capabil să utilizeze aerul rarefiat din atmosfera superioară drept combustibil, tehnologie evaluată de Agenția Spațială Europeană și detaliată în teza doctorală a lui Francesco Romano. Inovația promite reducerea consumului de combustibili tradiționali pentru sateliți și extinderea duratei de operare a misiunilor spațiale.
Cum funcționează motorul de plasmă care “respiră” aerul din atmosfera înălțimilor extreme
Tehnologia, denumită propulsie electrică cu respirație atmosferică (ABEP), colectează molecule rarefiate aflate între 100 și 450 km altitudine. O admisie special concepută atrage particulele, apoi acestea sunt transformate în plasmă într-un propulsor electric, fiind expulzate cu viteză mare pentru a menține satelitul pe orbită.
Particulele, care în mod normal ar încetini satelitul, devin astfel o sursă de energie și propulsie, conform site-ului nachrichten.idw-online.de. Sistemul utilizează un flux de aer provenit din atmosfera superioară, reducând necesitatea consumului de combustibili precum xenonul, folosit în prezent pentru corectarea orbitei.
Provoacele tehnice ale utilizării oxigenului atomic și soluțiile propuse
Aerul rarefiat de la altitudini înalte este dominat de oxigen atomic, produs prin descompunerea moleculelor sub radiații ultraviolete. Această formă de oxigen este extrem de reactivă și poate deteriora componentele sensibile ale motoarelor tradiționale, precum electrozii.
Pentru a evita aceste probleme, Romano a proiectat un propulsor helicon bazat pe radiofrecvență. Acest dispozitiv nu include componente metalice expuse și nu necesită un neutralizator, fiind adaptabil variabil la condițiile atmosferice influențate de latitudine, ciclul zi-noapte sau activitatea solară.
Eficiența admisiei parabolice în captarea aerului pentru sateliți
Teste realizate de Romano au comparat trei tipuri de admisii pentru colectarea gazului, iar cel mai performant a fost cel cu geometrie parabolică, acoperit cu grafit sau dioxid de siliciu. Acest design a captat până la 94,3% din particulele de gaz, chiar și în condiții de înclinare de 15 grade, unde eficiența a scăzut cu doar 8 puncte procentuale.
Rezultatele arată o performanță solidă chiar și în condiții de orientare imperfectă a satelitului. Această admisie permite colectarea eficientă a aerului rarefiat necesar funcționării motorului.
Soluții pentru spațiul de mâine: propulsie sustenabilă pentru sateliți și misiuni interplanetare
Motorul utilizează tehnologie inspirată de echipamente medicale de rezonanță magnetică. O antenă transferă energia radiofrecvență către gaz, transformându-l în plasmă, iar un câmp magnetic ghidat de un solenoid dirijează fluxul de plasmă.
Aproximativ 99% din energia electrică furnizată este utilizată eficient, iar testele de laborator au demonstrat funcționarea stabilă cu doar 50-60 de wați de putere. Acest sistem ar putea menține un satelit pe o orbită de 190-250 km cu un consum de sub 1,6 kW, energie generabilă de panouri solare standard.
De asemenea, tehnologia are potențialul de a fi aplicată în misiuni pe Marte, acolo unde atmosfera bogată în dioxid de carbon, la altitudini între 120 și 160 km, ar putea fi folosită pentru propulsie.
Propulsorul rămâne încă în fază experimentală, fiind necesare teste suplimentare pentru a verifica durabilitatea și stabilitatea pe perioade lungi în condiții reale de orbită.
