Kada je riječ o budućnosti istraživanja svemira, jedan od najvećih izazova predstavlja motore koji mogu maksimizirati performanse, a istovremeno osigurati ekonomičnost goriva. To ne samo da će smanjiti troškove pojedinih misija, već će osigurati da robotizirane svemirske letjelice (pa čak i posade svemirske letjelice) mogu djelovati dulje vrijeme u prostoru, bez potrebe za dopunom goriva.
Posljednjih godina ovaj izazov doveo je do nekih doista inovativnih koncepata, od kojih je jedan nedavno izgrađen i testiran od strane ESA tima. Ovaj se koncept motora sastoji od električnog pokretača koji je sposoban da "izvadi" oskudne molekule zraka iz vrhova atmosfere i koristi ih kao pogonsko gorivo. Ovaj razvoj će otvoriti put svim vrstama satelita koji godinama mogu djelovati u vrlo niskim orbitama oko planeta.
Koncept potisnika zraka koji diše zrakom (aka. Ram-Electric Propulsion) relativno je jednostavan. Ukratko, motor radi na istim principima kao ramskoop (gdje se prikuplja međuzvjezdani vodik da bi se osiguralo gorivo) i ionski motor - gdje se sakupljene čestice napune i izbacuju. Takav bi motor mogao ugasiti brodski goriv, uzimajući atmosferske molekule dok je prolazio vrhom atmosfere planeta.
Koncept je bio predmet studije pod nazivom „Električni pogon RAM-a za rad u orbiti male Zemlje: Studija ESA“, koja je predstavljena na 30. međunarodnoj konferenciji o električnom pogonu 2007. Studija je naglasila kako „sateliti niske Zemljine orbite podliježu atmosferi povuku i samim time njihov životni vijek je ograničen trenutnim pogonskim tehnologijama količinom pogonskog goriva koja mogu da nose kako bi ga nadoknadili. "
Autori studije također su naznačili kako će sateliti koji koriste visoko specifični impulsni električni pogon mogli nadoknaditi vuču tokom rada na maloj nadmorskoj visini tokom dužeg vremenskog razdoblja. Ali kako zaključuju, takva bi misija bila ograničena i na količinu goriva koju bi mogla nositi. To se sigurno dogodilo za gravitacijsko polje ESA-e i stacionarni satelit Explorer Circulation Explorer (GOCE)
Dok je GOCE ostao u orbiti Zemlje više od četiri godine i djelovao je na visinama od samo 250 km (155 milja), njegova misija završila je u trenutku kada je iscrpio svojih 40 kg (88 lbs) ksenona kao pogonskog sredstva. Kao takav, također je istražen koncept električnog pogonskog sustava koji koristi atmosferske molekule kao pogonsko gorivo. Kao što je dr. Louis Walpot iz ESA-e objasnio u priopćenju ESA-e:
"Ovaj je projekt započeo novim dizajnom za skupljanje molekula zraka kao pogonskog goriva s vrha Zemljine atmosfere na oko 200 km nadmorske visine, tipičnom brzinom od 7,8 km / s."
Da bi razvili ovaj koncept, talijanska zrakoplovna kompanija Sitael i poljska zrakoplovna kompanija QuinteScience udružili su se kako bi stvorili novi dizajn usisavanja i pokretanja. Dok je QuinteScience izgradio usisni kanal koji bi skupljao i komprimirao dolazne atmosferske čestice, Sitael je razvio dvostupanjski potisnik koji će te čestice puniti i ubrzati da bi stvorio potisak.
Tim je potom izveo računalne simulacije kako bi vidio kako će se čestice ponašati u različitim opcijama unosa. No na kraju su odlučili provesti praktični test kako bi vidjeli hoće li kombinirani unos i potisak djelovati zajedno ili ne. Da bi to postigli, tim je testirao u vakuumskoj komori u jednom od Sitaelovih ispitnih objekata. Komora je simulirala okoliš na visini od 200 km, dok je „generator protoka čestica“ osiguravao nadolazeće molekule velike brzine.
Da bi osigurao cjelovitiji test i osigurao da potisnik djeluje u okruženju s niskim tlakom, tim je započeo paljenjem ksenonskim potisnim sredstvom. Walpot je objasnio:
„Umjesto da jednostavno izmjerimo dobivenu gustoću na kolektoru kako bismo provjerili dizajn usisa, odlučili smo priključiti električni potisnik. Na taj smo način dokazali da doista možemo prikupiti i komprimirati molekule zraka do razine na kojoj bi se moglo dogoditi paljenje potisnika i izmjeriti stvarni potisak. Isprva smo provjerili može li se naš potisnik više puta zapaliti ksenonom prikupljenim iz generatora snopa čestica. "
Kao sljedeći korak, tim djelomično zamjenjuje ksenon mješavinom zraka dušika i kisika kako bi simulirao Zemljinu gornju atmosferu. Kako se nadao, motor je nastavio pucati, a jedino što se promijenilo bila je boja potiska.
"Kad se plava boja motora na osnovi ksenona promijenila u ljubičastu, znali smo da smo uspjeli", rekao je dr. Walpot. „Sustav je napokon upaljen isključivo atmosferskim pogonskim gorivom kako bi se dokazala izvedivost koncepta. Ovaj rezultat znači da električni pogon koji diše zrakom više nije samo teorija, već opipljiv, radni koncept, spreman za razvoj, koji će jednog dana poslužiti kao osnova nove klase misija. "
Razvoj električnih potisnika koji dišu zrakom mogao bi omogućiti potpuno novu klasu satelita koji bi godinama mogli raditi s rubovima Marsove, Titanove i drugih tijela. S ovakvim radnim vijekom, ovi sateliti mogli bi prikupljati količine podataka o meteorološkim uvjetima ovih tijela, sezonskim promjenama i povijesti njihovog podneblja.
Takvi sateliti također bi bili vrlo korisni kada je u pitanju promatranje Zemlje. Budući da bi mogli raditi na nižim visinama od prethodnih zadataka, a ne bi bili ograničeni količinom pogonskog goriva koje bi mogli nositi, sateliti opremljeni potisnicima za disanje zraka mogli bi raditi dulje vrijeme. Kao rezultat toga, mogli bi ponuditi detaljnije analize klimatskih promjena i pobliže pratiti meteorološke obrasce, geološke promjene i prirodne katastrofe.
