В области спутниковых технологий произошел заметный прогресс, который создает предпосылки для начала новой эпохи в освоении космического пространства. Создание систем с воздушно-реактивным электрическим двигателем (Air-Breathing Electric Propulsion, ABEP) может кардинально изменить принципы работы спутников на орбите, особенно на трассах с экстремально низкой околоземной высотой.
Орбитальные аппараты традиционно нуждаются в бортовом топливе для поддержания своей позиции и выполнения необходимых маневров. Тем не менее, данная технология сопряжена с определенными недостатками: топливо увеличивает вес спутника, сокращает срок его эксплуатации и ведет к росту затрат на миссию. По мере эксплуатации спутники постепенно теряют высоту под воздействием атмосферного сопротивления, что требует дополнительного расхода топлива для сохранения орбиты. Новая разрабатываемая система ABEP представляет собой альтернативный подход, исключающий потребность в обычном топливе. Она предполагает сбор и использование частиц, находящихся в атмосфере, в качестве рабочего тела.
Благодаря этой разработке спутники смогут стабильно работать на экстремально низких орбитах, которые называют зоной особо низкой околоземной орбиты (VLEO). В диапазоне высот от 180 до 250 километров атмосфера всё ещё оказывает влияние. Система ABEP улавливает атмосферные частицы, ионизирует их и использует для создания тяги. Это даёт ряд существенных преимуществ: отпадает потребность в топливе на борту, что уменьшает вес спутника при запуске, и обеспечивается потенциально бесконечная возможность создания тяги, пока присутствует атмосфера.
Система недавно успешно завершила важный этап эскизного проектирования, что стало свидетельством ее технической реализуемости и готовности к дальнейшей доработке. Проект «Безкатодный электроракетный двигатель для системы с воздушно-реактивным электрореактивным двигателем» реализуется компанией TransMIT GmbH. Компания IQM, при поддержке Европейского космического агентства (ESA), ведет разработку безкатодного электроракетного двигателя. Задача заключается в проектировании, изготовлении и испытании прототипа двигателя, который сможет стабильно функционировать на земных атмосферных газах (смеси азота и кислорода), демонстрируя электрическую эффективность не менее 50% и удельный импульс не ниже 4200 секунд.
Данная работа опирается на технико-экономическое обоснование, выполненное компанией IQM, которое выявило наиболее многообещающие подходы к безкатодным режимам работы электроракетных двигателей в реактивной атмосфере с избытком кислорода. В настоящее время осуществляется строительство опытного образца, а испытания намечены в вакуумных комплексах, имитирующих условия сверхнизкой околоземной орбиты. Разработанная двигательная установка сочетает в себе передовые решения: классический ионный двигатель с высокой частотой и уникальными безкатодными свойствами, исключающими необходимость использования катодного узла. Согласно отчету, хотя катод и играет ключевую роль в функционировании ионного двигателя, его интеграция в концепцию ABEP представляется сложной задачей.
Данное достижение знаменует собой значительный прогресс в европейской программе по созданию двигателей нового поколения, предназначенных для формирования устойчивых спутниковых созвездий на очень низких орбитах. Двигатели, использующие компоненты атмосферы в качестве топлива, способны нивелировать сопротивление, создаваемое этими же атмосферными частицами на спутнике.
Использование воздушно-реактивных двигателей способно оказать значительное влияние на развитие спутниковой индустрии. Увеличенный срок службы спутников и уменьшение потребности в топливе позволят операторам снижать затраты и повышать общую эффективность работы. Несмотря на то, что технология пока находится в разработке, она является важным этапом на пути к созданию устойчивой и результативной космической деятельности. По мере проведения испытаний и совершенствования, вероятно, появится принципиально новый тип спутников, которые смогут функционировать на меньших орбитах, чем прежде. Подобное новшество представляет собой не просто незначительное улучшение, а коренное изменение в подходах к космическим двигательным установкам.