O echipă de ingineri germani a creat un sistem nou de propulsie pe bază de aer atmosferic, fără combustibil adiţional necesar, destinat sateliţilor

De când există în lumea noastră motoarele şi maşinile, pasionaţii şi inginerii au tot visat să aibă motoare care să folosească cele mai banale şi răspândite elemente din natură drept sursă de propulsie, în special aerul şi apa. Un motor care ar funcţiona cu aer sună aproape ca un perpetuum mobile, dar adevărul e că aerul poate avea particule ce pot fi folosite pentru propulsie în anumite condiţii. O echipă de ingineri germani, de la universităţi precum Universitatea Bundeswehr din Munchen şi Institutul de Sisteme Spaţiale din Stuttgart, împreună cu cei de la TansMIT, au creau acum un sistem nou de propulsie pe bază de aer atmosferic, fără combustibil adiţional necesar, destinat sateliţilor, ducând la maturizare o tehnologie studiată de câteva decenii în industria aerospaţială.

Foto: Echipament de testare a propulsiei pentru sateliţi

Sateliţii care circulă în jurul pământului se bazează preponderent pe legile fizice, care spun că dacă un corp cu o mişcare pe orizontală va avea o viteză suficient de mare, curba lui de „cădere” pe pământ va ajunge să urmeze curba Pământului şi astfel va gravita în jurul planetei. Dar în viaţa reală există mulţi sateliţi plasaţi la orbite mai joase, între 180 km şi 250 km altitudine, acolo unde atmosfera e aproape inexistentă, dar totuşi mai există particule foarte rarefiate în ea. Existenţa acelor particule produce forţă de fricţiune, care frânează satelitul în timp, iar el are nevoie de propulsie proprie pentru a-şi menţine viteza, or, altfel viteza lui ar deveni prea mică la un moment dat şi satelitul ar eşua.

Sateliţii actuali au mici sisteme de propulsie care să rezolve această probleme, dar ei operează cu o cantitate limitată de combustibil. În rol de combustibil sateliţii mai moderni, precum cei de la SpaceX, dar şi mulţi alţii, folosesc xenonul sau kriptonul, pe care-l ionizează cu ajutorul electricităţii captate de panourile solare ale acestor sateliţi, transformând acel combustibil în plasmă, iar plasma e expulzată ca jet de propulsie.

E un sistem foarte eficient de propulsie într-un mediu atât de rarefiat precum orbitele sateliţilor, iar un rezervor de gaz inert poate fi suficient pentru mulţi ani de operare. Dacă acesta operează pe orbită joasă tipică, rezervorul îi poate ajunge pentru 5-7 ani de operare. Însă realimentarea e imposibilă, aşa că sateliţii moderni sunt programaţi să-şi folosească ultimul combustibil rămas pentru a intra programat în atmosferă şi a fi arşi în procesul căderii lor, în mod natural. Doar că asta înseamnă o durată de viaţă relativ limitată oricum.

Noul sistem de propulsie al echipei de ingineri germani îndeplineşte dezideratul multor altor echipe, care au conceptualizat de mult timp sisteme ce ar folosi aerul atmosferic în rol de combustibil, în loc de xenon sau kripton stocat în rezervoarele proprii. Dacă asta ar fi posibil, atunci durata de viaţă a satelitului n-ar mai fi limitată de volumul de combustibil stocat în rezervor.

Iar noul sistem face exact asta. Captează particulele din aerul atmosferic ultra rarefiat prin care orbitează şi foloseşte electricitatea de la panourile solare proprii pentru a ioniza acele particule şi a ajunge la aceeaşi plasmă dorită şi folosită în sateliţii actuali. Plasma ionizată trece apoi prin câmpuri electrice şi magnetice, această parte fiind cea mai energofagă, şi e accelerată spre evacuare, ieşind în mod similar ca jet de propulsie.

Cunoscând principiul de funcţionare, am fi tentaţi să spunem că motorul nu funcţionează cu aer atmosferic, ci cu electricitatea panourilor, însă aici electricitatea are la început rol de „scânteie”, pentru a ioniza gazul, la fel cum într-un motor cu combustie există scânteia bujiilor, în timp ce carburantul e benzina. În etapa următoare, am putea spune că plasma e accelerată datorită electricităţii, care formează câmpul magnetic, dar şi aici inginerii o tratează mai mult ca un declanşator de dezlănţuire a energiei conţinute în starea de plasmă a acelor particule. Prin urmare, ei ne conving că aerul atmosferic e combustibilul aici, iar electricitatea de la panourile fotovoltaice e declanşatorul reacţiilor ce asigură propulsia.

Conceptualizările făcute de alte echipe până acum descoperiseră ă adevăratul limitator în propulsie e densitatea particulelor utile ce pot fi captate de un asemenea sistem. În acelaşi timp, dacă s-ar mări aria de captare a lor în mişcare, s-ar mări rezistenţa. Or, trebuie să înţelegem că sateliţii sunt lansaţi iniţial în mişcare, la viteza mare potrivită şi au nevoie de aceste sisteme de propulsie ca să-şi menţină acea viteză. Respectiv, şi captarea de particule are loc la viteza mare de orbitare.

Ceea ce au făcut acum inginerii germani a fost să conceapă un sistem de admisie şi unul de evacuare inspirate din maşini de performanţă, unde există întotdeauna dorinţa de a capta mult aer, fără a creşte rezistenţa, iar la evacuare, chiar dacă formele sunt complicate, ele trebuie să aibă aceeaşi lungime şi o cât mai mare cursivitate.

Folosind aceste principii de captare şi evacuare cât mai eficientă, ei au reuşit să construiască un prototip funcţional, care promite să poată capta numărul necesar de particule pentru a-şi asigura sustenabil propulsie. Deci, germanii de acum sunt primii care au ajuns cu această idee la o etapă atât de matură, încât simulările digitale şi de laborator confirmă viabilitatea noului sistem de propulsie.

Iar de aici încolo ar trebui să urmeze lansări de test în spaţiu, după care, dacă parametrii se confirmă şi-n viaţa reală, inovaţia va ajunge pe sateliţii de serie lansaţi de Germania şi Europa. Or, Universitatea din Munchen menţionată mai sus aparţine armatei germane, deci interesul pentru a avea asemenea sateliţi care ar putea rezista în spaţiu zeci de ani, până le cedează alte componente, e enorm. Efectiv, fără un rezervor de combustibil şi folosind aerul atmosferic drept sursă, aceşti sateliţi ar putea orbita decenii la rând, până când învechirea lor tehnologică ar impune pensionarea lor. Iar asta înseamnă că cei care lansează sateliţii n-ar trebui să aibă grijă ca la fiecare 5-7 ani să suplinească din nou întreaga flotă de sateliţi, ci ar putea munci pentru o expansiune mult mai eficientă în cost.

Ar lucra un asemenea sistem de propulsie pe o maşină, spre exemplu, la altitudinea de la sol? Nu, nu ar lucra, pentru că particulele sunt mult mai dese şi cu totul altele sunt raporturile dintre particulele utile, rezistenţă şi forţă necesară. Dar iată că la altitudinea potrivită, se pot crea motoare care funcţionează cu aer.