Un satélite con un motor eléctrico que funciona en el aire.La Agencia Espacial Europea (ESA)
realizó las primeras pruebas del mundo de un motor eléctrico que utiliza moléculas de aire diluido como el "combustible" (fluido de trabajo). Esta tecnología se conoce como
propulsión eléctrica de respiración de aire o
propulsión eléctrica de respiración de atmósfera (ABEP). En el futuro, dichos motores pueden instalarse en satélites que giran rápidamente en órbitas muy bajas.
Por ejemplo, una nave espacial
GOCE con un motor iónico para mapear la gravedad de la Tierra durante 56 meses trabajó a una altitud de 260 km. Su vida útil estaba limitada por el suministro de xenón: logró llevar solo 40 kg con él. Cuando terminó el xenón, el satélite cayó impotente y se quemó en la atmósfera, y la misión tuvo que completarse. No habrá tales problemas con el aire, porque incluso en la atmósfera superior hay suficientes moléculas de oxígeno. Entonces, si el satélite se ve obligado a abandonar la órbita, entonces la razón de esto no será la falta de "combustible", sino el desgaste de los componentes u otras razones.
De hecho, estamos hablando de una nueva clase de satélites que pueden operar durante mucho tiempo en una órbita muy baja. Y eso no es todo. Dispositivos similares pueden funcionar en la atmósfera superior de otros planetas. Por ejemplo, en dióxido de carbono en la atmósfera de Marte.
Motor iónico en el aire, foto tomada durante las pruebasUn motor de iones es un tipo de motor de cohete eléctrico, cuyo principio se basa en la creación de propulsión a chorro a base de gas ionizado, acelerado a altas velocidades en un campo eléctrico. No hay partes móviles, y para crear tracción solo necesita llevar energía de los paneles solares a las bobinas y electrodos. En el diseño del motor, el "generador de flujo de partículas" proporciona un flujo de moléculas de alta velocidad para el sistema de admisión desarrollado por la empresa polaca QuinteScience. Luego las partículas se ionizan y se arrojan, creando tracción.
Para este proyecto, los ingenieros de la ESA rediseñaron el motor de iones para que pueda usar moléculas de oxígeno a una concentración que el satélite puede capturar a una altitud de 200 km a una velocidad de 7 km / s.
La densidad de la atmósfera depende de la altitud y la actividad solar. Además, la ubicación y la época del año se ven afectadas. Los gráficos muestran la densidad aproximada de la atmósfera según la altitud y la actividad solar.
Para garantizar que la nave espacial se mantenga a una altura determinada, el empuje del motor no debe ser inferior al valor máximo de resistencia aerodinámica en condiciones de máxima actividad solar y geomagnética, y para estimar el caudal requerido del fluido de trabajo o la vida útil del motor, es necesario utilizar el valor promedio de la resistencia aerodinámica. La tabla muestra la fuerza de resistencia correspondiente a la actividad solar y geomagnética mínima y máxima. Los valores mínimos, máximos y promedio se calcularon durante un período de un año en una cuadrícula geográfica uniforme para cada nivel de actividad solar y geomagnética (
fuente ).
La empresa italiana Sitael fabricó un motor experimental de ESA. Es un motor de dos etapas que proporciona la mejor ionización y aceleración de partículas que los sistemas de motores eléctricos tradicionales. Anteriormente, el diseño se probó en simulación por computadora, y luego llegó el momento de las pruebas reales.
Las pruebas se llevaron a cabo en una cámara de vacío (en la imagen) con una simulación de condiciones a una altitud de 200 km.
Configuración experimentalEn la primera etapa, el motor se verificó en xenón desde un generador de haz de partículas. Luego, el xenón se reemplazó parcialmente por una mezcla de nitrógeno y oxígeno. Cuando el color del jet del motor cambió de azul xenón a carmesí, quedó claro que el motor estaba funcionando en el aire.
El motor dentro de la cámara de vacío.Al final, el motor funcionó repetidamente solo con gas atmosférico para demostrar la viabilidad de la idea. Por lo tanto, el uso del aire como "combustible" (fluido de trabajo) para un motor eléctrico ya no es una fantasía, sino una idea completamente funcional.