ESA menguji mesin ion udara

Satelit dengan motor listrik yang bekerja di udara

European Space Agency (ESA) melakukan tes pertama di dunia terhadap motor listrik yang menggunakan molekul udara encer sebagai "bahan bakar" (fluida kerja). Teknologi ini dikenal sebagai Propulsi Listrik Udara-Breathing atau Propulsi Listrik Atmosfer-Pernapasan (ABEP). Di masa depan, mesin tersebut dapat dipasang pada satelit yang berputar dengan cepat dalam orbit yang sangat rendah.

Misalnya, pesawat ruang angkasa GOCE dengan mesin ionik untuk memetakan gravitasi Bumi selama 56 bulan bekerja di ketinggian 260 km. Masa hidupnya dibatasi oleh persediaan xenon: ia berhasil membawa hanya 40 kg bersamanya. Ketika xenon berakhir, satelit itu jatuh tak berdaya dan terbakar di atmosfer, dan misi itu harus diselesaikan. Tidak akan ada masalah dengan udara, karena bahkan di atmosfer atas ada cukup molekul oksigen. Jadi jika satelit terpaksa meninggalkan orbit, maka alasannya bukan karena tidak adanya "bahan bakar", tetapi keausan komponen atau alasan lain.

Faktanya, kita berbicara tentang kelas satelit baru yang dapat beroperasi untuk waktu yang sangat lama di orbit yang sangat rendah. Dan itu belum semuanya. Perangkat serupa mampu bekerja di atmosfer atas planet lain. Misalnya pada karbon dioksida di atmosfer Mars.


Mesin ion di udara, foto diambil selama pengujian

Mesin ion adalah jenis mesin roket listrik, yang prinsipnya didasarkan pada penciptaan jet propulsi berdasarkan gas terionisasi, dipercepat hingga kecepatan tinggi di medan listrik. Tidak ada bagian yang bergerak, dan untuk membuat traksi Anda hanya perlu membawa daya dari panel surya ke koil dan elektroda. Dalam desain mesin, "generator aliran partikel" menyediakan aliran molekul berkecepatan tinggi untuk sistem asupan yang dikembangkan oleh perusahaan Polandia QuinteScience. Kemudian partikel terionisasi dan dibuang, menciptakan daya cengkeram.



Untuk proyek ini, para insinyur ESA mendesain ulang mesin ion sehingga dapat menggunakan molekul oksigen pada konsentrasi yang dapat ditangkap oleh satelit pada ketinggian 200 km pada kecepatan 7 km / s.

Kepadatan atmosfer tergantung pada ketinggian dan aktivitas matahari. Selain itu, lokasi dan waktu dalam setahun berpengaruh. Grafik menunjukkan perkiraan kerapatan atmosfer tergantung pada ketinggian dan aktivitas matahari.



Untuk memastikan bahwa pesawat ruang angkasa dijaga pada ketinggian tertentu, daya dorong mesin harus tidak kurang dari nilai maksimum gaya hambat aerodinamik dalam kondisi aktivitas matahari dan geomagnetik maksimum, dan untuk memperkirakan laju aliran yang diperlukan dari fluida kerja atau umur mesin, maka perlu menggunakan nilai rata-rata gaya hambat aerodinamik. Tabel ini menunjukkan gaya resistensi yang sesuai dengan aktivitas matahari dan geomagnetik minimum dan maksimum. Nilai minimum, maksimum dan rata-rata dihitung selama periode satu tahun pada grid geografis yang seragam untuk setiap tingkat aktivitas matahari dan geomagnetik ( sumber ).



Mesin ESA eksperimental dibuat oleh perusahaan Italia Sitael. Ini adalah motor dua-tahap yang memberikan ionisasi dan akselerasi partikel terbaik dari sistem motor listrik tradisional. Sebelumnya, desain diuji dalam simulasi komputer, dan kemudian tiba saatnya untuk tes nyata.

Pengujian dilakukan di ruang hampa udara (foto) dengan simulasi kondisi di ketinggian 200 km.


Pengaturan eksperimental

Pada tahap pertama, mesin diperiksa pada xenon dari generator sinar partikel. Kemudian, xenon sebagian digantikan oleh campuran nitrogen-oksigen. Ketika warna jet dari mesin berubah dari xenon blue ke crimson, menjadi jelas bahwa mesin berjalan di udara.


Mesin di dalam ruang hampa udara

Pada akhirnya, mesin itu berulang kali dijalankan murni pada gas atmosfer untuk membuktikan kelayakan ide tersebut. Dengan demikian, penggunaan udara sebagai "bahan bakar" (fluida kerja) untuk motor listrik bukan lagi fantasi, tetapi ide yang sepenuhnya berfungsi.