موتور یونی آژانس فضایی اروپا با سوخت هوا

سیستم های پیشرانش پیشرفته برایبه جلو راندن قابلیت های فضایی کلیدی هستندو یکی از انواع امیدوارکننده ترین پیشرانش ها، موتورهای یونی هستند. موتور یونی، رایج ترین نوع آن، زنون؛ با اضافه کردن الکترون یا گرفتن الکترون ها به حرکت درمی آید. این موتورهای یونی، نیرویی لازم برای پرواز یک ماهواره یا فضاپیما را فراهم می کنند.

علاوه بر این،موتورهای یونی بسیار پاک تر، ایمن تر و کارآمدتر از موتورهای استاندارد موشک هستند. با وجود این، هنوز هم به جهت مقدار سوختی که می توانند حمل کنند، محدود هستند. دانشمندانآژانس فضایی اروپا (ESA)، شرکت لهستانیQuinteScienceوشرکت فضایی ایتالیایی SITAELامیدوارند که این موتورها را تغییر دهند. این تیم با موفقیت یک موتور پیرانش یونی را آزمایش کردند که از یک روش به نامپیشرانش تنفس هوای الکتریکی (ABEP)استفاده می کرد. این بدان معنا است که موتور از هوا به عنوان سوخت استفاده می کند.

در حالی که پیشرانش تنفس هوای الکتریکی، ایده ی جدیدی نیست، نمونه اولیه ی این نوع موتور که توسط مهندسان و دانشمندان آژانس فضایی اروپا ساخته شده است، اولین سیستم پیشرانش در نوع خود است که مولکول های هوا را از لایه های فوقانی جو زمین می گیرد. سپس، به مولکول ها یک بار الکتریکی برای شتاب دهی می دهد و در نهایت مولکول های یونیزه را به فضا برمی گرداند. این تخریب یون ها باعث ایجاد نیروی تراست لازم برای به حرکت درآوردن وسایل نقلیه ی فضایی می شود. دانشمندان آژانس فضایی اروپا، پس از انجام برخی شبیه سازی های کامپیوتری، تصمیم گرفتند که موتورهای خود را در دنیای واقعی آزمایش کنند.

این تیم از یک محفظه خلاء در مرکز آزمایشگاه SITAEL در ایتالیا، برای شبیه سازی شرایط ۲۰۰ کیلومتر بالای سطح زمین استفاده کردند. سپس با انجام برخی آزمایش ها، ثابت کردند که می توانند این موتور یونی را با استفاده ازترکیبات نیتروژن و اکسیژنبه حرکت در بیاورند.

لوئیس والپوت، مهندس هوافضا از آژانس فضایی اروپا، گفت:

این بدین معناست که پیشرانش تنفس هوای الکتریکی دیگر صرفا یک نظریه نیست، بلکه یک مفهوم ملموس و کارآمد است که آماده ساخت است تا روزی به عنوان مفهوم پایه ای برای فضاپیماهای دیگر به کار گرفته شود.

سیستم پیشرانش تنفس هوای الکتریکی، ممکن است از برخی از موتورهای یونی دیگر در حال ساخت، از جمله X3 ناسا، قدرتمندتر نباشد، اما مزیت آن نسبت به موتورهای متداول، طول عمر بالای آن است. از آنجایی کهموتورها یونی سوخت را از هوا می گیرند، به طور بالقوه این توانایی را دارند که انسان را به فضاهای دوردست ببرند. وسیله ی نقلیه ای با موتور یونی می تواند از جو یک سیاره به جو سیاره ی دیگر برود و قبل از ادامه سفر خود دوباره سوخت گیری کند و مهم تر اینکه به جای حمل سوخت، هوا را تبدیل به سوخت کند.

البته، هر سفر طولانی، مدت زمان زیادی طول می کشد، اما حداقل پیشرانش تنفس هوای الکتریکی، توانایی رسیدن به سیارات دور را فراهم می کند. علاوه بر حمایت از ماموریت های دوردست در آینده، موتورهای تنفس هوای الکتریکی می توانند جایگزین برتری نسبت سیستم های پیشرانش فضاپیماهای فعلی شوند. موتورهای دیگر در نهایت سوخت شان تمام می شود. همچونماهواره ی جستجوگر میدان گرانشی و گردش اقیانوسی یا جی او سی ای GOCE آژانس فضایی اروپاکه پس از ماموریتی چهار ساله با اتمام سوختش از کار افتاد.

موتور یونی تنفس هوای آژانس فضایی اروپا می تواند وزن فضاپیما را به طور چشم گیری کاهش دهد که عامل محدودکننده ای برای پرتاب های فضایی است. به عنوان مثال، ماهواره ی GOCI، حدود ۴۰ کیلوگرم سوخت زنون را برای موتور خود حمل می کرد. برداشتن این محدودیت می تواند مزیت قابل توجهی برای این سیستم پیشرانش باشد. در حالی که این موتور قدرتمندترین سیستم پیشرانش نیست، اما دارای مزایای چشم گیری نسبت به طراحی های قدیمی تر است و در نهایت، این موتور می تواندتبدیل به سیستم نیروی محرکه ی مورد علاقه ی مهندسان فضاپیما شود.