Propulsor de iones de respiración de aire. Crédito:ESA / Sitael
En una primicia mundial un equipo liderado por la ESA ha construido y encendido un propulsor eléctrico para ingerir las escasas moléculas de aire de la parte superior de la atmósfera como propulsor, abriendo el camino a los satélites que vuelan en órbitas muy bajas durante años.
El mapeador de gravedad GOCE de la ESA voló tan bajo como 250 km durante más de cinco años gracias a un propulsor eléctrico que compensaba continuamente la resistencia del aire. Sin embargo, su vida útil estaba limitada por los 40 kg de xenón que transportaba como propulsor; una vez que se agotaba, la misión había terminado.
Reemplazar el propulsor a bordo con moléculas atmosféricas crearía una nueva clase de satélites capaces de operar en órbitas muy bajas durante largos períodos.
Los propulsores eléctricos que respiran aire también podrían usarse en los límites exteriores de las atmósferas de otros planetas, basándose en el dióxido de carbono de Marte, por ejemplo.
"Este proyecto comenzó con un diseño novedoso para recoger moléculas de aire como propulsor de la parte superior de la atmósfera de la Tierra a unos 200 km de altitud con una velocidad típica de 7,8 km / s, "explica Louis Walpot de la ESA.
Sitael desarrolló un propulsor completo para probar el concepto en Italia, que se realizó en una cámara de vacío en sus instalaciones de prueba, simulando el entorno a 200 km de altitud.
Un 'generador de flujo de partículas' proporcionó las moléculas de alta velocidad que se aproximaban para que las recogiera la ingesta y el propulsor novedosos de Ram-Electric Propulsion.
Una futura misión espacial que respira aire en órbita baja alrededor de la Tierra:propulsada a unos 7,8 km / s, el satélite ingeriría moléculas de aire de la parte superior de la atmósfera (izquierda) para disparar su propulsor de iones (derecha), proporcionar empuje para superar la resistencia atmosférica, permitiéndole permanecer en órbita baja indefinidamente. Crédito:ESA – A. Di Giacomo
No hay válvulas ni piezas complejas:todo funciona de una manera simple, base pasiva. Todo lo que se necesita es energía para las bobinas y los electrodos, creando un sistema de compensación de arrastre extremadamente robusto.
El desafío consistía en diseñar un nuevo tipo de entrada para recoger las moléculas de aire de modo que, en lugar de simplemente rebotar, se recogieran y comprimieran.
Las moléculas recolectadas por la toma diseñada por QuinteScience en Polonia reciben cargas eléctricas para que puedan ser aceleradas y expulsadas para proporcionar empuje.
Sitael diseñó un propulsor de dos etapas para garantizar una mejor carga y aceleración del aire entrante, que es más difícil de lograr que en los diseños tradicionales de propulsión eléctrica.
Las moléculas de aire en la parte superior de la atmósfera son capturadas por un nuevo tipo de toma, luego recogido y comprimido hasta el punto de convertirse en plasma ionizado termolizado, momento en el que se les puede dar una carga eléctrica para acelerarlos y expulsarlos para proporcionar empuje. La propulsión eléctrica que respira aire podría crear una nueva clase de misiones en órbita baja factibles. Crédito:ESA – A. Di Giacomo
"El equipo ejecutó simulaciones por computadora sobre el comportamiento de las partículas para modelar todas las diferentes opciones de ingesta, "agrega Louis, "pero todo se redujo a esta prueba práctica para saber si la admisión y el propulsor combinados funcionarían juntos o no".
"En lugar de simplemente medir la densidad resultante en el colector para verificar el diseño de la entrada, decidimos conectar un propulsor eléctrico. De este modo, Demostramos que efectivamente podíamos recolectar y comprimir las moléculas de aire a un nivel en el que pudiera tener lugar la ignición del propulsor. y medir el empuje real.
"Al principio verificamos que nuestro propulsor pudiera encenderse repetidamente con xenón extraído del generador de haz de partículas".
Como siguiente paso, Louis explica, el xenón fue reemplazado parcialmente por una mezcla de aire y nitrógeno:"Cuando el color azul de la pluma del motor a base de xenón cambió a púrpura, sabíamos que lo habíamos logrado.
El propulsor de respiración de aire se hizo funcionar inicialmente con propulsor de xenón estándar, provocando una pluma azulada, que luego fue reemplazado progresivamente con una mezcla de nitrógeno y oxígeno para representar la atmósfera de la Tierra. El éxito estuvo marcado por el cambio de la pluma del propulsor a púrpura. Crédito:ESA / Sitael
“El sistema finalmente se encendió repetidamente únicamente con propulsor atmosférico para probar la viabilidad del concepto.
"Este resultado significa que la propulsión eléctrica que respira aire ya no es simplemente una teoría, sino algo tangible, concepto de trabajo, listo para ser desarrollado, para servir un día como base de una nueva clase de misiones ".
Primero disparado con propulsor de xenón estándar, Luego, el propulsor de prueba se cambió a aire atmosférico, demostrando el principio de propulsión eléctrica por respiración de aire. Crédito:ESA
