Європейське космічне агентство відзвітувало про проведення першого випробування прямоточного іонного двигуна, що використовує в якості палива повітря із навколишньої атмосфери. В опублікованому на офіційному сайті агентства прес-релізі повідомляється, що в перспективі подібні двигуни можуть бути використані в невеликих супутниках, які дозволять їм працювати практично необмежену кількість часу на орбіті заввишки 200 і менше кілометрів.
В основі іонних двигунів лежить принцип іонізації частинок газу і їх розгін за допомогою електростатичного поля. Завдяки конструктивним особливостям частинки газу в таких двигунах розганяються до значно більших швидкостей, ніж в хімічних двигунах. Іонні двигуни здатні створювати набагато більший питомий імпульс і показують меншу витрату палива, але володіють одним істотним недоліком – створюють вкрай малу тягу, порівняно зі звичайними хімічними двигунами. Саме тому зараз іонні двигуни вкрай рідко використовуються на практиці. Серед останніх прикладів їх використання можна виділити хіба що космічний апарат «Dawn», який зараз знаходиться на орбіті карликової планети Церери, а також апарат місії BepiColombo з дослідження Меркурію, яка розпочнеться в кінці 2018 року.
Схема прямоточного повітряного іонного двигуна
Стандартна конфігурація використовуваних сьогодні іонних двигунів передбачає наявність запасу палива, в якості якого, як правило, виступає газ ксенон. Але є і концепція прямоточних іонних двигунів, яка в реальних космічних місіях ніколи не застосовувалася. Вона відрізняється від звичайних іонних двигунів тим, що в якості джерела палива виступає не запас газу, який потрібно завантажувати в бак перед запуском, а безпосередньо повітря з атмосфери Землі або іншого тіла, що володіє атмосферою.
В теорії невеликий апарат, обладнаний таким двигуном зможе практично вічно перебувати на низькій орбіті з висотою від 150 кілометрів. При цьому компенсація атмосферного гальмування буде здійснюватися тягою двигуна, що здійснює забір повітря з атмосфери.
Європейське космічне агентство ще в 2009 році запустило супутник GOCE, який завдяки постійно увімкненому іонному двигуну з запасом ксенону пробув на 255-кілометрової орбіті майже п’ять років. За результатами експерименту ЄКА прийняло рішення зайнятися розробкою концепту прямоточного іонного двигуна для аналогічних низькоорбітальних супутників.
Газозабірна установка
Тест іонного двигуна з ксеноном в якості палива
Випробування прототипу проходили всередині вакуумної камери. Спочатку в установку подавали ксенон. В рамках другої частини експерименту в газозабірну систему почали подавати суміш кисню з азотом, яка імітувала атмосферний склад на висоті 200 кілометрів. В останній частині випробувань для перевірки працездатності системи в основному режимі інженери використовували чисту повітряну суміш.
Тест іонного двигуна з повітрям в якості палива
