Двигатель, который заправляется воздухом

Очень низкая околоземная орбита, от 100 до 450 километров, — место соблазнительное. Камеры оттуда снимают детальнее, связи и радарам нужно меньше мощности, а мёртвые аппараты атмосфера утаскивает вниз сама, без всяких программ по уборке мусора. Беда в том, что эта же атмосфера тормозит и живые спутники: чтобы удержаться, двигатель приходится держать включённым почти постоянно, а значит — возить с собой недешёвый ксенон.

Франческо Романо из Университета Штутгарта в своей диссертации предложил обернуть проблему в решение: пусть воздух, который тормозит аппарат, станет для него топливом. Идея относится к классу atmosphere-breathing electric propulsion — заборник ловит разреженный газ впереди аппарата, двигатель превращает молекулы в плазму и выбрасывает её назад.

На практике этому мешают две вещи.

Первая — атомарный кислород: ультрафиолет разбивает молекулы O₂ на отдельные атомы, и эта агрессивная форма разъедает электроды, ускоряющие сетки и особенно катоды «электронной пушки», которая снимает заряд с аппарата. Без неё выброшенные ионы просто вернутся обратно, и тяга обнулится.

Вторая — сама атмосфера: её плотность пляшет от смены дня и ночи, широты и солнечной активности.

Романо ушёл от обеих, собрав бесконтактный высокочастотный геликонный двигатель без нейтрализатора. Магнитное поле соленоида выталкивает квазинейтральную струю, где положительных и отрицательных частиц поровну, — компенсировать заряд нечем и незачем. Антенну он позаимствовал у медицины: конструкция как в аппаратах МРТ, доставляет в двигатель 99% подведённой мощности.

Заборников он испытал три, и победил зеркальный — параболическое зеркало с графитовым или кремнезёмным покрытием. Оно собирало 94,3% частиц, а при наклоне в 15 градусов эффективность падала всего на 8%.

В вакуумной камере, где воссоздали состав воздуха на этих высотах, двигатель держал ровную плазму при 50–60 ваттах. По расчётам, аппарат сможет висеть на 190–250 км бесконечно, укладываясь в 1,6 кВт — обычные солнечные панели такое тянут. А над Марсом, где атмосфера из углекислого газа, — на 120–160 километрах.

@vselennayaplus