Pierwszy na świecie silnik elektryczny zasilany powietrzem

4

Zespół inżynierów z ESA jako pierwszy na świecie zbudował i odpalił silnik elektryczny zasilany rozrzedzonymi cząsteczkami powietrza z górnych warstw atmosfery. Otwiera to drogę do stworzenia satelitów utrzymujących się latami na bardzo niskich orbitach okołoziemskich.

Misja ESA GOCE badająca pole grawitacyjne Ziemi latała na bardzo niskiej orbicie na wysokości 250 km przez ponad pięć lat dzięki ciągle pracującemu silnikowi jonowymi, który kompensował opór powietrza. Długość pracy satelity była jednak ograniczona przez 40 kg ksenonu, który służył jako paliwo. Wraz z jego wyczerpaniem, zakończyła się również i misja.

Zastąpienia paliwa na pokładzie satelity cząsteczkami z atmosfery stworzyłoby nową klasę satelitów, zdolnych do pracy na bardzo niskich orbitach przez dłuższy czas.

Zasilane powietrzem silniki elektryczne mogłyby zostać użyte również nad górnymi warstwami atmosfery innych planet, przykładowo na Marsie paliwem mógłby być dwutlenek węgla.

„Rozpoczęliśmy prace nad nowatorskim projektem, pozwalającym pobrać cząsteczki powietrza z górnych warstw atmosfery ziemskiej na wysokości około 200 km przy prędkości około 7,8 km/s”, tłumaczy Louis Walpot z ESA.

Kompletny silnik został zbudowany do testów przez włoski Sitael. Testy przeprowadzono w komorze próżniowej spółki, symulując środowisko panujące na wysokości 200 km.

Generator przepływu cząsteczek zapewnił lecące z dużą prędkością cząsteczki, które zostały zebrane przez nowatorski system do silnika elektrycznego.

Nie ma w nim zaworów ani skomplikowanych elementów – wszystko pracuje na prostych, pasywnych zasadach. Potrzeba tylko zasilania dla cewek i elektrod, przez co tworzy się wyjątkowo efektywny system kompensacji oporu powietrza.

Wyzwaniem było zbudowanie nowego sposobu pobierania, który gromadziłby i kompresowałby cząsteczki powietrza zamiast je odbijać.

Cząsteczki zbierane przez system, który zaprojektowała firma QuinteScience z Polski, otrzymują ładunek elektryczny, przez co mogą być przyśpieszone i wyrzucone z silnika, tworząc ciąg.

Sitael zaprojektował dwuetapowy silnik zapewniający lepsze ładowanie i przyśpieszanie wlatującego powietrza, co jest trudniejsze do uzyskania niż w przypadku tradycyjnych silników elektrycznych.

„Zespół przeprowadził symulacje komputerowe, modelując zachowania cząsteczek we wszystkich możliwych opcjach wlotu”, dodaje Walpot. „W praktyce trzeba było jednak zrobić test, aby potwierdzić, czy połączony system wlotu i silnik będą razem pracować”.

„Zamiast mierzyć zebraną gęstość w kolektorze cząstek, by sprawdzić konstrukcję systemu wlotu, zadecydowaliśmy się przyłączyć do niego elektryczny silnik. W ten sposób wykazaliśmy, że możemy zebrać i skompresować cząsteczki powietrza do poziomu, gdzie możliwe będzie odpalenie silnika, jak również zmierzenie właściwego ciągu”.

Silnik wewnątrz komory próżniowej / ESA

„Na początku sprawdziliśmy, czy nasz silnik może zostać wielokrotnie odpalony za pomocą ksenonu zebranego przez generator przepływu cząstek”.

Następnie ksenon został częściowo zastąpiony przez mieszaninę tlenowo-azotową. „Gdy ksenonowy niebieski kolor wyziewów silnika zmienił się na fioletowy, wiedzieliśmy, że nam się udało”.

„Ostatecznie system został wielokrotnie uruchomiony jedynie za pomocą atmosferycznego paliwa, potwierdzając wykonalność projektu”.

„Oznacza to, że silniki elektryczne zasilane powietrzem nie są już tylko teorią, lecz rzeczywistym działającym konceptem, który można rozwijać, aby pewnego dnia stał się podstawą nowej klasy misji”.

Projekt został wsparty w ramach Programu Wsparcia Technologii ESA rozwijającego nowe pomysły dla sektora kosmicznego, przy udziale programu Obserwacji Ziemi.

(Źródło: ESA)

Share.

4 komentarze

  1. Silnik jak z bajki. Ale… “silnik elektryczny zasilany rozrzedzonymi cząsteczkami powietrza z górnych warstw atmosfery” … co to znaczy “po polski”? Co to są te rozrzedzone cząsteczki powietrza? Jak pobrali próbki powietrza z górnych warstw atmosfery?

    Przecież oczywiste jest, że chodzi o “rozrzedzone powietrze”. Nie pochodziło ono z górnych warstw atmosfery, a jedynie stopień rozrzedzenia odpowiadał gęstości powietrza na wysokości ok. 200 km. Nie można tak pisać, prosto i zgodnie z faktami?

    Gramatyka tłumaczenia… bez komentarza. Jeśli tłumaczycie tekst ESA 1:1 dajcie link do źródła, by każdy mógł przeczytać oryginał bez “kwiatków”.

    • oj tam oj tam. nie czepiaj się. nie wszyscy “rozumiejo” techniczny slang i trzeba przymknąć oko. jak ktoś jest zainteresowany to będzie drążył temat a jak nie to nie. w obu przypadkach nie ma się co silić na wchodzenie w szczegóły bo by się człowiek zamęczył.
      ciekawy pomysł ale wg mnie na zbyt małą skalę. powinni wysłać miniaturowe reaktory atomowe na orbitę np księzyca (dla bezpieczeństwa) potem napełnić je paliwem jądrowym i wysyłać sondy o silnikach dużej mocy do planet zewnętrznego układu słonecznego. nasze sondy powinny śmigać z prędkością wiatru słonecznego.
      a jeszcze lepiej zamiast tego można by zbudować na księżycu wyrzutnię magnetyczną dla sond kosmicznych zamiast nikomu nie potrzebnej bazy dla ludzi. taka wyrzutnia mogłaby rozpędzać kapsuły kosmiczne do ogromnych prędkości. to by było “coś”. a na razie jeśli chodzi o eksplorację kosmosu to są bardziej pozory i dreptanie w miejscu. ślimacze tempo.

      • tomek -mrówa on

        Jak s większością twoich wpisów się nie zgadzam.
        Jednak wyrzutnia sond napędzana magnetycznie na orbicie Księżyca jest pierwszorzędna.

        • miło to czytać;) ale ja myślałem bardziej o wyrzutni sond na powierzchni księżyca, nie na jego orbicie;) to musiałaby być ogromna konstrukcja o długości wielu kilometrów i masie wielu, wielu ton. oczywiście z napędem jądrowym. utrzymanie czegoś takiego na orbicie… chyba byłoby trudniejsze i droższe niż na powierzchni. paliwo jądrowe, ochrona przed mikrometeorytami i oczywiście siła odrzutu spychałaby wyrzutnię z orbity. nie łatwe zadanie ale i tak wolałbym to niż jakąś propagandową misję załogową na czerwoną piaskownicę tylko po to żeby wbić tam flagę.