Europejska Agencja Kosmiczna ogłosiła pierwszy test silnika jonowego do silników odrzutowych wykorzystujący powietrze z otaczającej atmosfery jako paliwo. W komunikacie prasowym opublikowanym na oficjalnej stronie agencji podano, że w przyszłości takie silniki będą mogły być wykorzystywane w małych satelitach, co pozwoli im pracować przez niemal nieograniczony czas na orbicie o wysokości do 200 kilometrów.
Silniki jonowe opierają się na zasadzie jonizacji cząstek gazu i ich przyspieszania za pomocą pola elektrostatycznego. Ze względu na cechy konstrukcyjne cząstki gazu w takich silnikach przyspieszane są do znacznie większych prędkości niż w silnikach chemicznych. Silniki jonowe są w stanie wytworzyć znacznie wyższy impuls właściwy i wykazują mniejsze zużycie paliwa, ale mają jedną istotną wadę - wytwarzają wyjątkowo niski ciąg w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami chemicznymi. Dlatego obecnie silniki jonowe są rzadko stosowane w praktyce. Niedawne przykłady ich użycia obejmują być może statek kosmiczny Dawn, obecnie krążący wokół planety karłowatej Ceres, oraz misję BepiColombo mającą na celu zbadanie Merkurego, która rozpocznie się pod koniec 2018 roku.
Schemat silnika z jonami powietrza typu ramjet.
Standardowa konfiguracja stosowanych obecnie silników jonowych zakłada dostarczanie paliwa, którym jest zwykle gaz ksenonowy. Ale jest też koncepcja silników jonowych do silników odrzutowych, która nigdy nie była używana w prawdziwych misjach kosmicznych. Różni się od konwencjonalnych silników jonowych tym, że źródłem paliwa nie jest ograniczona ilość gazu, który należy załadować do zbiornika przed startem, ale bezpośrednio powietrze z atmosfery ziemskiej lub innego ciała z atmosferą.
Teoretycznie mały statek kosmiczny wyposażony w taki silnik może znajdować się na niskiej orbicie prawie w nieskończoność na wysokości 150 kilometrów. W takim przypadku hamowanie atmosferyczne zostanie skompensowane przez ciąg silnika, który zasysa powietrze z tej atmosfery.
W 2009 roku Europejska Agencja Kosmiczna wystrzeliła satelitę GOCE, który dzięki zawsze włączonemu silnikowi jonowemu z zapasem ksenonu znajdował się na orbicie o długości 255 kilometrów od prawie pięciu lat. W wyniku eksperymentu ESA zdecydowała się rozpocząć prace nad koncepcją silnika jonów strumieniowych dla podobnych satelitów na niskich orbitach.
Instalacja do pobierania próbek gazu.
Film promocyjny:
Test silnika jonowego z ksenonem jako paliwem.
Prototyp został przetestowany w komorze próżniowej. Początkowo do instalacji wprowadzano przyspieszony ksenon. W ramach drugiej części eksperymentu do układu poboru gazu wprowadzono mieszaninę tlenu i azotu, która symulowała skład atmosfery na wysokości 200 kilometrów. W ostatniej części testu inżynierowie wykorzystali mieszankę czystego powietrza do przetestowania funkcjonalności systemu w trybie głównym.
Test silnika jonowego z powietrzem jako paliwem.
Nikolay Khizhnyak