L'Agenzia spaziale europea ha segnalato il primo test di un motore a ioni ramjet che utilizza l'aria dell'atmosfera circostante come carburante. Un comunicato stampa pubblicato sul sito ufficiale dell'agenzia afferma che in futuro tali motori potranno essere utilizzati in piccoli satelliti, il che consentirà loro di operare per un periodo di tempo quasi illimitato in un'orbita con un'altitudine di 200 chilometri o meno.
I motori ionici si basano sul principio della ionizzazione delle particelle di gas e sulla loro accelerazione mediante un campo elettrostatico. A causa delle caratteristiche del design, le particelle di gas in tali motori vengono accelerate a velocità molto più elevate rispetto ai motori chimici. I motori a ioni sono in grado di creare un impulso specifico molto più elevato e mostrano un consumo di carburante inferiore, ma presentano uno svantaggio significativo: creano una spinta estremamente bassa rispetto ai motori chimici convenzionali. Ecco perché ora i motori a ioni sono usati raramente nella pratica. Esempi recenti del loro utilizzo includono forse la sonda Dawn, attualmente in orbita attorno al pianeta nano Cerere, e la missione BepiColombo per esplorare Mercurio, che inizierà alla fine del 2018.
Schema di un motore a ioni di aria ramjet.
La configurazione standard dei propulsori ionici in uso oggi presuppone una fornitura di carburante, che di solito è gas xeno. Ma c'è anche il concetto di motori a ioni di ramjet, che non è mai stato utilizzato nelle missioni spaziali reali. Si differenzia dai motori a ioni convenzionali in quanto la fonte di carburante non è una fornitura finita di gas, che deve essere caricata nel serbatoio prima del lancio, ma direttamente l'aria dall'atmosfera terrestre o da un altro corpo con un'atmosfera.
In teoria, una piccola navicella spaziale equipaggiata con un tale motore può essere in orbita bassa quasi per sempre con un'altitudine di 150 chilometri. In questo caso la frenata atmosferica sarà compensata dalla spinta del motore, che preleva aria da questa atmosfera.
Già nel 2009, l'Agenzia spaziale europea ha lanciato il satellite GOCE, che, grazie a un motore a ioni sempre acceso con una fornitura di xeno, è in orbita di 255 chilometri da quasi cinque anni. Come risultato dell'esperimento, l'ESA ha deciso di iniziare a sviluppare un concetto di motore a ioni ramjet per satelliti simili a bassa orbita.
Installazione campionamento gas.
Video promozionale:
Prova del motore a ioni con xeno come carburante.
Il prototipo è stato testato all'interno di una camera a vuoto. Inizialmente, lo xeno accelerato è stato immesso nell'installazione. Come parte della seconda parte dell'esperimento, una miscela di ossigeno e azoto è stata immessa nel sistema di aspirazione del gas, che ha simulato la composizione atmosferica a un'altitudine di 200 chilometri. Nell'ultima parte del test, gli ingegneri hanno utilizzato una miscela di aria pulita per testare la funzionalità del sistema nella modalità principale.
Prova del motore ionico con aria come carburante.
Nikolay Khizhnyak