Плазмовий двигун із повітря: як німецький інженер пропонує вічно тримати супутники на низькій орбіті

Ідея полягає в тому, щоб вирішити давню проблему супутників на наднизьких навколоземних орбітах (VLEO) — на висотах від 100 до 450 кілометрів. Така висота приваблива тим, що шпигунські й наукові камери отримують детальніші знімки поверхні Землі, а радари витрачають менше енергії. Але залишкова атмосфера чинить опір, тож коригувальні мотори мусять працювати безперервно. Через це апарати швидко випалюють дорогий інертний газ ксенон і зрештою сходять з орбіти.

Романо запропонував систему «повітряно-дихального» електрорушія (ABEP). Забірник уловлює молекули газу просто перед апаратом, подає їх у двигун, іонізує радіочастотним полем і викидає плазмовий струмінь назад — так створюється постійна тяга. Найскладнішим технічним бар'єром виявився атомарний кисень верхніх шарів атмосфери: він швидко роз'їдає металеві електроди звичайних іонних двигунів і руйнує нейтралізатори заряду. Щоб це обійти, автор зробив мотор повністю безконтактним.

За основу для котушок інженер узяв конструкцію медичних томографів МРТ — антену типу «пташина клітка», яка спрямовує в плазму до 99% енергії. Соленоїд формує магнітне сопло, що виштовхує квазінейтральний потік часток без крихких катодних гармат. Вхідний забірник на базі параболічного дзеркала з графітовим покриттям уловив 94,3% молекул навіть тоді, коли апарат відхилявся від курсу. У лабораторній вакуумній камері двигун стабільно створював потік плазми за потужності лише 50−60 Вт.

Розрахунки на прикладі європейського супутника-гравіметра GOCE показали: нова установка дозволить апаратам фактично безстроково тримати орбіту на висоті 190−250 кілометрів, споживаючи менш ніж 1,6 кВт від бортових сонячних панелей. А технологія відкриває шлях і до екстремально низьких орбіт Марса — у вуглекислій атмосфері планети такий двигун здатен утримувати супутники на висоті всього 120−160 кілометрів.