Napęd otworkowy – przyszłość podróży kosmicznych

Napęd otworkowy, wielkości dłoni może być przyszłością misji kosmicznych. Każda z siedmiu matryc emiterów, z których się składa, wytrawionych na tej krzemowej płytce przy użyciu mikro- i nanotechnologii posiada ponad 500 emiterów w formie małych otworków, które rozpylają jony, przyspieszane przez pole elektrostatyczne w celu zmaksymalizowania ciągu.

Technologia „electrospray” jest rozwijana jako efektywna kosztowo i masowo metoda napędzania CubeSatów i innych małych satelitów. Po raz pierwszy w Europie ten oparty na cieczy jonowej system napędu osiągnął ponad 400 godzin ciągłej pracy.

„Opracowanie nowej technologii, którą zbudowaliśmy od podstaw, nie było łatwym zadaniem, ale jesteśmy przekonani, że nasz napęd otworkowy będzie wyróżniać się na rynku ze względu na jego niesamowitą wydajność i możliwości dostosowywania; w rzeczywistości zwróciło się już do nas wiele zainteresowanych stron z branży” – komentuje Daniel Pérez Grande, dyrektor generalny i współzałożyciel IENAI Space w Hiszpanii, który opracowuje technologię dla ESA.

Znany jako ATHENA (Adaptable THruster based on Electrospray powered by Nanotechnology), system jest jednym z trzech obecnie opracowywanych przez ESA w celu wykorzystania napędu elektrorozpryskowego w kosmosie. ATHENA opiera się na przewodzących jonowo-ciekłych solach jako paliwie. Ciecz ta przepływa przez stożkowe emitery o nano-teksturach i jest przyspieszana między emiterem a ekstraktorem działającym przy różnych potencjałach elektrycznych. Interakcja między napięciem powierzchniowym cieczy a zastosowanym polem elektrostatycznym tworzy jony, które mogą być rozpylane z bardzo dużą prędkością (rzędu 20 km/s), tworząc siłę potrzebną do poruszenia satelity.

Zaletą mikro-fabrykowanego systemu ATHENA jest wysoce konfigurowalny ciąg, wykorzystujący nietoksyczne „zielone” materiały pędne bez potrzeby stosowania zbiorników ciśnieniowych.

Silniki te można dowolnie łączyć w klastry – sześć z nich łącznie zmieściłoby się na 10 centymetrowej powierzchni pojedynczej jednostki CubeSat. Jednostki te mogą być następnie dalej łączone w klastry, aby zapewnić ciąg dla satelitów o masie do 50 kg.

Projekt przeszedł już wstępną weryfikację, a jego finalny produkt ma być gotowy pod koniec przyszłego roku. Jego rozwój był wspierany w ramach programu ESA General Support Technology Program, przygotowującego innowacyjne produkty i usługi do lotów kosmicznych i na otwarty rynek.

Emil Gołoś