우주 탐사의 미래와 관련하여 가장 큰 과제 중 하나는 성능을 극대화하면서도 연료 효율을 보장 할 수있는 엔진을 개발하는 것입니다. 이를 통해 개별 임무 비용을 줄일 수있을뿐만 아니라, 급유 할 필요없이 로봇 우주선 (우주 우주선)도 우주에서 장시간 작동 할 수 있습니다.
최근 몇 년 동안 이러한 도전으로 인해 진정한 혁신적인 개념이 생겨 났으며 그 중 하나는 최근 ESA 팀이 처음으로 구축하고 테스트했습니다. 이 엔진 컨셉은 대기의 상단에서 희소 한 공기 분자를 "스쿠 핑 (scooping)"하여 추진 제로 사용할 수있는 전기 스러 스터로 구성됩니다. 이 개발은 한 번에 몇 년 동안 행성 주위의 매우 낮은 궤도에서 작동 할 수있는 모든 종류의 위성에 대한 길을 열어 줄 것입니다.
공기 흡입식 스러 스터 (일명 Ram-Electric Propulsion)의 개념은 비교적 간단합니다. 요컨대, 엔진은 숫양 (성간 수소가 연료를 제공하기 위해 수집되는 곳)과 수집 된 입자가 충전 및 배출되는 이온 엔진과 동일한 원리로 작동합니다. 이러한 엔진은 대기의 분자가 행성 대기의 맨 위를 통과 할 때 대기 분자를 흡수함으로써 탑재 된 추진제를 제거합니다.
이 개념은 2007 년 제 30 회 국제 전기 추진 회의에서 발표 된“지구 궤도 작동을위한 RAM 전기 추진 : ESA 연구”라는 제목의 연구 주제였습니다.이 연구는“낮은 지구 궤도 위성이 대기에 영향을받는 방식”을 강조했습니다. 항력과 그 수명은 현재 추진 기술에 의해 보상 할 수있는 추진제의 양에 의해 제한됩니다.”
이 연구의 저자는 또한 높은 특정 임펄스 전기 추진을 사용하는 위성이 낮은 고도에서 장시간 동안 항력을 보상 할 수있는 방법을 지적했습니다. 그러나 그들이 결론을 내릴 때, 그러한 임무는 운반 할 수있는 연료의 양으로 제한 될 것입니다. 이것은 분명히 ESA의 중력장과 정상 상태 해상 순환 탐사기 (GOCE) 중력-매퍼 위성의 경우에 해당합니다.
GOCE는 4 년 넘게 지구 궤도를 유지하고 250km (155 마일)의 고도에서 작전을 수행했지만 추진력으로 40kg (88lbs)의 크세논 공급이 소진되는 순간 미션이 끝났습니다. 이와 같이, 추진제로서 대기 분자를 이용하는 전기 추진 시스템의 개념도 조사되었다. ESA의 Louis Walpot 박사는 ESA 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
"이 프로젝트는 약 200km 고도에서 지구 대기권의 최고 속도로 7.8km / s의 속도로 공기 분자를 분사하는 새로운 디자인으로 시작되었습니다."
이 개념을 개발하기 위해 이탈리아 항공 우주 회사 인 Sitael과 폴란드 항공 우주 업체 QuinteScience가 협력하여 새로운 흡기 및 추진기 설계를 만들었습니다. QuinteScience는 유입 대기 입자를 수집하고 압축하는 흡입구를 구축 한 반면, Sitael은 이러한 입자를 충전하고 가속하여 추력을 발생시키는 2 단계 추진기를 개발했습니다.
그런 다음 팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하여 다양한 흡기 옵션에서 입자가 어떻게 작동하는지 확인했습니다. 그러나 결국, 그들은 결합 된 흡입기와 스러 스터가 함께 작동하는지 여부를 확인하기 위해 연습 테스트를 선택했습니다. 이를 위해 팀은 Sitael의 테스트 시설 중 한 곳의 진공 챔버에서 테스트했습니다. 챔버는 200km 고도에서 환경을 시뮬레이션했으며 "입자 흐름 생성기"는 다가오는 고속 분자를 제공했습니다.
보다 완벽한 테스트를 제공하고 추진기가 저압 환경에서 작동하는지 확인하기 위해 팀은 크세논 추진 제로 점화를 시작했습니다. 월팟 설명 :
“콜렉터에서 흡기 설계를 확인하기 위해 결과 밀도를 측정하는 대신 전기 스러 스터를 부착하기로 결정했습니다. 이러한 방식으로, 우리는 실제로 스러 스터 점화가 발생할 수있는 수준으로 공기 분자를 수집하고 압축하고 실제 추력을 측정 할 수 있음을 증명했습니다. 처음에는 입자 빔 발생기에서 수집 된 크세논으로 스러 스터가 반복적으로 점화 될 수 있는지 확인했습니다.”
다음 단계로, 팀은 크세논을 부분적으로 질소-산소 공기 혼합물로 대체하여 지구의 대기를 시뮬레이션합니다. 예상대로 엔진은 계속 발사되었고, 변경된 유일한 것은 추력의 색이었습니다.
Walpot 박사는“엔진 깃털의 크세논 기반 파란색이 자주색으로 바뀌었을 때 성공할 것임을 알았습니다. “이 시스템은 대기 추진 제로 만 반복적으로 점화되어 컨셉의 실현 가능성을 입증했습니다. 이 결과는 공기를 통하는 전기 추진이 더 이상 단순한 이론이 아니라 새로운 유형의 미션의 기초로서 언젠가는 개발할 준비가되어있는 실질적이고 실용적인 개념이라는 것을 의미합니다.”
공기 흡입식 전기 추진기의 개발로 인해 화성, 타이탄 및 기타 신체 대기의 변두리와 함께 작동 할 수있는 완전히 새로운 종류의 위성이 한 번에 몇 년 동안 허용 될 수 있습니다. 이러한 종류의 작동 수명으로 인해 위성은 이러한 신체의 기상 조건, 계절 변화 및 기후의 역사에 대한 많은 데이터를 수집 할 수 있습니다.
이러한 위성은 지구를 관찰 할 때 매우 유용합니다. 그들이 이전 임무보다 낮은 고도에서 작동 할 수 있고, 추진할 수있는 추진제의 양에 의해 제한되지 않기 때문에, 공기 흡입식 추진기가 장착 된 위성은 장기간 작동 할 수 있습니다. 결과적으로 기후 변화에 대한 심층 분석을 제공하고 기상 패턴, 지질 학적 변화 및 자연 재해를보다 면밀히 모니터링 할 수 있습니다.
