Na visinama od nekoliko stotina kilometara Zemljina atmosfera nije potpuno prazna. Ondje još ima dovoljno rijetkih molekula da satelit osjeti otpor i polako gubi visinu. Istraživači sada predlažu da se čestice iz tog razrijeđenog zraka prikupljaju i koriste kao pogonski medij za plazmeni motor.
Ideja je namijenjena vrlo niskim Zemljinim orbitama, otprilike između 100 i 450 kilometara iznad tla. Na tim visinama letjelica bi mogla snimati površinu s većom razlučivošću i smanjiti kašnjenje u komunikaciji, ali bi bez stalnog pogona brzo pala. Modeli predstavljeni u istraživanju opisuju sustav koji prikuplja rijetke čestice iz gornje atmosfere, komprimira ih i dovodi u plazmeni potisnik.
Kako bi radio pogon bez spremnika goriva
Taj sustav ne bi uvlačio zrak kao avionski motor. Molekule koje velikom brzinom udaraju u prednji dio satelita treba usporiti, usmjeriti i ionizirati. U predloženom dizajnu zrcalne površine pomažu prikupiti čestice, dok radiofrekvencijska antena u obliku kaveza stvara plazmu. Nabijene čestice zatim se ubrzavaju električnim i magnetskim poljima, a njihov izlazak iz motora stvara potisak.
Prema proračunu, sustav bi mogao zadržati oko 94,3 posto čestica koje stignu do njegova otvora. Motor bi za stvaranje plazme koristio između 50 i 60 vata radiofrekvencijske snage, dok bi cijeli sustav, zajedno s ostalom opremom letjelice, za održavanje orbite između 190 i 250 kilometara trošio približno 1,6 kilovata.
Najveći problem je i dalje otpor atmosfere
Što je orbita niža, to je više molekula i veći je otpor. Gustoća zraka mijenja se s doba dana i Sunčevom aktivnošću, pa se potreban potisak može brzo promijeniti. Tijekom geomagnetske oluje sustavu bi mogla trebati znatno veća snaga.
Sustav i motor morali bi izdržati zagrijavanje, eroziju i onečišćenje. Čestice iz gornje atmosfere mogu oštetiti površine, a svaki dodatni kilogram sustava povećava energiju potrebnu za održavanje orbite. Za razliku od klasičnog satelita, letjelica bi stalno morala usklađivati količinu prikupljenih čestica s trenutačnim otporom.
Od Zemlje do Marsa
Autori su razmatrali i primjenu sličnog sustava u gornjoj atmosferi Marsa. Ondje je zrak mnogo rjeđi i sastav je drukčiji, pa bi se potisak morao prilagoditi uvjetima između 120 i 160 kilometara visine. Riječ je o modelu, a ne o gotovoj misiji; prije svemirskog pokusa trebalo bi dokazati da sustav učinkovito radi i da se plazma može stabilno održavati.
Koncept ne ukida osnovni problem niskih orbita, nego ga pokušava pretvoriti u izvor pogonskog materijala. Ako se to pokaže izvedivim, sateliti bi mogli dulje ostati blizu Zemlje bez velikih spremnika goriva. To bi otvorilo prostor za manje letjelice za promatranje, mjerenje atmosfere i brzu komunikaciju.
Klasični sateliti ipak će još dugo koristiti vlastite spremnike ili druge vrste pogona. Razlog zbog kojeg sateliti uopće ostaju u orbiti jest ravnoteža između njihove brzine i gravitacije, a atmosferski otpor tu ravnotežu stalno narušava. Novi plazmeni sustav mogao bi pomoći samo ako proizvede dovoljno potiska da taj gubitak nadoknadi.
Predloženi pogon zasad je razvojni koncept za vrlo niske orbite, a ne neposredna zamjena za raketne motore. Sljedeći korak bit će laboratorijski pokus sa sustavom za prikupljanje čestica, a zatim testiranje u stvarnoj gornjoj atmosferi.
