Um satélite com um motor elétrico que funciona no arA Agência Espacial Européia (ESA)
realizou os primeiros testes mundiais de um motor elétrico que usa moléculas de ar diluídas como "combustível" (fluido de trabalho). Essa tecnologia é conhecida como
Propulsão Elétrica com Respiração por
Ar ou
Propulsão Elétrica com Respiração em Atmosfera (ABEP). No futuro, esses motores poderão ser instalados em satélites que giram rapidamente em órbitas muito baixas.
Por exemplo, uma nave espacial
GOCE com um motor iônico para mapear a gravidade da Terra por 56 meses trabalhou a uma altitude de 260 km. Seu tempo de vida foi limitado pelo suprimento de xenônio: ele conseguiu levar apenas 40 kg. Quando o xenônio terminou, o satélite caiu sem força e queimou na atmosfera, e a missão teve que ser concluída. Não haverá problemas com o ar, porque mesmo na atmosfera superior existem moléculas de oxigênio suficientes. Portanto, se o satélite for forçado a deixar a órbita, a razão para isso não será a falta de "combustível", mas o desgaste de componentes ou outros motivos.
De fato, estamos falando de uma nova classe de satélites que podem operar por muito tempo em uma órbita muito baixa. E isso não é tudo. Dispositivos similares são capazes de trabalhar na atmosfera superior de outros planetas. Por exemplo, no dióxido de carbono na atmosfera de Marte.
Motor iônico no ar, foto tirada durante o testeUm motor de íons é um tipo de motor de foguete elétrico, cujo princípio é baseado na criação de propulsão a jato baseada em gás ionizado, acelerado a altas velocidades em um campo elétrico. Não há partes móveis e, para criar tração, você só precisa fornecer energia dos painéis solares para bobinas e eletrodos. No projeto do motor, o "gerador de fluxo de partículas" fornece um fluxo de moléculas em alta velocidade para o sistema de admissão desenvolvido pela empresa polonesa QuinteScience. Então as partículas são ionizadas e jogadas fora, criando tração.
Para este projeto, os engenheiros da ESA reprojetaram o mecanismo de íons para que ele pudesse usar moléculas de oxigênio em uma concentração que o satélite possa capturar a uma altitude de 200 km a uma velocidade de 7 km / s.
A densidade da atmosfera depende da altitude e atividade solar. Além disso, o local e a época do ano são afetados. Os gráficos mostram a densidade aproximada da atmosfera, dependendo da altitude e atividade solar.
Para garantir que a espaçonave seja mantida em uma determinada altura, o impulso do motor não deve ser menor que o valor máximo de arrasto aerodinâmico em condições de atividade solar e geomagnética máxima e para estimar a vazão necessária do fluido de trabalho ou a vida útil do motor, é necessário usar o valor médio do arrasto aerodinâmico. A tabela mostra a força de resistência correspondente à atividade solar e geomagnética mínima e máxima. Os valores mínimo, máximo e médio foram calculados durante um período de um ano em uma grade geográfica uniforme para cada nível de atividade solar e geomagnética (
fonte ).
Um motor experimental da ESA foi fabricado pela empresa italiana Sitael. É um motor de dois estágios que fornece a melhor ionização e aceleração de partículas que os sistemas de motores elétricos tradicionais. Anteriormente, o design era testado em simulação por computador e, então, chegava a hora de testes reais.
O teste foi realizado em uma câmara de vácuo (foto) com uma simulação de condições a uma altitude de 200 km.
Configuração experimentalNa primeira etapa, o motor foi verificado no xenônio a partir de um gerador de feixe de partículas. Em seguida, o xenônio foi parcialmente substituído por uma mistura de nitrogênio e oxigênio. Quando a cor do jato do motor mudou de azul xenon para vermelho, ficou claro que o motor estava funcionando no ar.
O motor dentro da câmara de vácuoNo final, o motor foi operado repetidamente puramente com gás atmosférico para provar a viabilidade da ideia. Assim, o uso do ar como “combustível” (fluido de trabalho) para um motor elétrico não é mais uma fantasia, mas uma ideia completamente funcional.