قمر صناعي بمحرك كهربائي يعمل في الهواءأجرت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)
أول اختبارات في العالم لمحرك كهربائي يستخدم جزيئات الهواء المخفف كـ "وقود" (سائل العمل). تُعرف هذه التقنية باسم
الدفع الكهربائي للتنفس الجوي أو
الدفع الكهربائي للتنفس الجوي (ABEP). في المستقبل ، يمكن تثبيت هذه المحركات على الأقمار الصناعية التي تدور بسرعة في مدارات منخفضة للغاية.
على سبيل المثال ، عملت مركبة فضائية
GOCE بمحرك أيوني لرسم خرائط جاذبية الأرض لمدة 56 شهرًا على ارتفاع 260 كم. كان عمره محدودًا بإمداد زينون: تمكن من أخذ 40 كجم فقط معه. عندما انتهى الزينون ، سقط القمر الصناعي عاجزًا وحُرق في الغلاف الجوي ، وكان لا بد من إتمام المهمة. لن تكون هناك مثل هذه المشاكل مع الهواء ، لأنه حتى في الغلاف الجوي العلوي هناك ما يكفي من جزيئات الأكسجين. لذا إذا كان القمر الصناعي مضطرًا لمغادرة المدار ، فلن يكون سبب ذلك هو نقص "الوقود" ، بل تآكل المكونات أو أسباب أخرى.
في الواقع ، نحن نتحدث عن فئة جديدة من الأقمار الصناعية التي يمكن أن تعمل لفترة طويلة جدًا في مدار منخفض جدًا. وهذا ليس كل شيء. الأجهزة المماثلة قادرة على العمل في الغلاف الجوي العلوي للكواكب الأخرى. على سبيل المثال ، عن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ.
محرك أيوني في الهواء ، صورة تم التقاطها أثناء الاختبارالمحرك الأيوني هو نوع من محركات الصواريخ الكهربائية ، يعتمد مبدأه على إنشاء الدفع النفاث على أساس الغاز المؤين ، والذي يتم تسريعه إلى سرعات عالية في المجال الكهربائي. لا توجد أجزاء متحركة ، ولإنشاء جر تحتاج فقط إلى جلب الطاقة من الألواح الشمسية إلى الملفات والأقطاب الكهربائية. في تصميم المحرك ، يوفر "مولد تدفق الجسيمات" تدفقًا عالي السرعة للجزيئات لنظام السحب الذي طوره شركة QuinteScience البولندية. ثم يتم تأين الجسيمات وإخراجها ، مما يخلق جرًا.
بالنسبة لهذا المشروع ، أعاد مهندسو وكالة الفضاء الأوروبية تصميم المحرك الأيوني بحيث يمكنه استخدام جزيئات الأكسجين عند التركيز الذي يمكن للقمر الصناعي التقاطها على ارتفاع 200 كم بسرعة 7 كم / ثانية.
تعتمد كثافة الغلاف الجوي على الارتفاع والنشاط الشمسي. بالإضافة إلى ذلك ، موقع ووقت تأثير العام. توضح الرسوم البيانية الكثافة التقريبية للغلاف الجوي اعتمادًا على الارتفاع والنشاط الشمسي.
لضمان الحفاظ على المركبة الفضائية عند ارتفاع معين ، يجب ألا يقل دفع المحرك عن القيمة القصوى للسحب الديناميكي الهوائي في ظروف النشاط الشمسي والمغناطيسي الأرضي الأقصى ، ولتقدير معدل التدفق المطلوب لسائل العمل أو عمر المحرك ، من الضروري استخدام متوسط قيمة السحب الديناميكي الهوائي. يوضح الجدول قوة المقاومة المقابلة للحد الأدنى والأقصى للنشاط الشمسي والمغناطيسي الأرضي. تم حساب القيم الدنيا والقصوى والمتوسطة على مدى عام واحد على شبكة جغرافية موحدة لكل مستوى من النشاط الشمسي والمغناطيسي الأرضي (
المصدر ).
تم تصنيع محرك ESA تجريبي من قبل شركة Sitael الإيطالية. إنه محرك من مرحلتين يوفر أفضل تأين وتسريع للجسيمات من أنظمة المحركات الكهربائية التقليدية. في السابق ، تم اختبار التصميم في محاكاة الكمبيوتر ، ثم حان الوقت للاختبارات الحقيقية.
تم إجراء الاختبار في غرفة فراغية (في الصورة) مع محاكاة الظروف على ارتفاع 200 كم.
الإعداد التجريبيفي المرحلة الأولى ، تم فحص المحرك على زينون من مولد شعاع الجسيمات. ثم تم استبدال الزينون جزئياً بمزيج النيتروجين والأكسجين. عندما تغير لون نفاثة المحرك من الزينون الأزرق إلى قرمزي ، أصبح من الواضح أن المحرك كان يعمل في الهواء.
المحرك داخل حجرة الفراغفي النهاية ، تم تشغيل المحرك بشكل متكرر محض على غاز الغلاف الجوي لإثبات جدوى الفكرة. وبالتالي ، لم يعد استخدام الهواء "كوقود" (سائل عمل) لمحرك كهربائي مجرد خيال ، بل فكرة عمل كاملة.