Kosmiczna zagadka roku. Co pokazuje to zdjęcie?

Czyste otoczenie Ziemi - zapytacie się, a cóż to za nowotwór językowy? A jednak, gdy pomyśleć o tym otoczeniu w skali kosmicznej, to sprawa robi się już bardziej oczywista. Otoczenie Ziemi czyli orbity, po których poruszają się w coraz większej liczbie satelity, staje się coraz bardziej zatłoczone. Te satelity nie funkcjonują w nieskończoność, w końcu stają się tak zwanym kosmicznym śmieciem, który zagraża innym jeszcze działającym satelitom.

A gdy trafią w ziemską atmosferę (czasem są odstawiane na wyższą orbitę co ma miejsce w przypadku satelitów geostacjonarnych) stają się źródłem zanieczyszczeń. I tak jak plastiki znajdujemy w wodzie, tak metale i inne elementy, które kiedyś tworzyły satelity dostają się do atmosfery. Dlatego pojęcie czyste otoczenie Ziemi ma większy sens niż tylko poruszające się bezładnie po orbicie nieaktywne satelity czy pojazdy kosmiczne. Ten problem nie daje nam jeszcze w kość, ale rok 2023 to moment zwrotny, który pokazuje, że uciec przed tym problemem się nie da.

ATHENA, czyli napęd dla nanosatelity

Wraz z rosnącą liczbą wszystkich satelitów rośnie także liczba tych mniejszych obiektów, nanosatelitów, które ważą nie więcej niż kilkadziesiąt kilogramów. Również i one dokładają się powoli do tego kosmicznego bałaganu, ale też same musza przed nim mieć możliwość ochrony. Lepsza kontrola nad ich ruchem w przestrzeni kosmicznej rozwiązuje takie problemy, ale jak umieścić na takim miniaturowym satelicie silniki, które zagwarantują odpowiednią siłę ciągu, a jednocześnie nie zajmą zbyt wiele miejsca.

Pędnik jonowy zbudowany w ramach projektu ATHENA. (fot: ESA)

Odpowiedzią na to pytanie jest projekt ATHENA czyli Adaptable THruster based on Electrospray powered by Nanotechnology. To jeden z trzech pomysłów, które ma ESA na zbudowanie miniaturowego napędu jonowego. A dokładnie rzecz nazywając, napędu wykorzystującego tak zwany elektrosprej, czyli strumień jonów, które wydobywają się w niewielkiego emitera, a potem są przyśpieszane do prędkości 20 km/s dzięki różnicy potencjału elektrycznego pomiędzy emiterem i ekstraktorem.

Cały napęd, czyli elektronika, zasobnik paliwa, emiter jonów i ich ekstraktor, mieści się w dłoni. To co widzimy na zdjęciu wprowadzającym do tekstu to siedem emiterów, z których każdy ma po 500 mikroskopijnych stożkowych kanałów zakończonych otworami, które wypluwają paliwo. Paliwem są w tym przypadku ciekłe sole (nie wymagają zbiorników ciśnieniowych, są ekologiczne) zawierające naładowane jony.

Nanosilniki jonowe już prawie gotowe do testów w kosmosie

Technologia jest doskonalona już od pewnego czasu i właśnie ESA pochwaliło się pierwszym systemem elektrospreju, czyli miniaturowym silnikiem jonowym, który jest w stanie funkcjonować stale przez ponad 400 godzin. Zważywszy, że pojedyncze manewry wykonywane przez satelitę trwają znacznie krócej, to już długi czas pracy. Sześć takich grup emiterów jonów zmieści się akurat na pojedynczej ściance standardowego nanosatelity kostki o boku 10 cm. Można łączyć je w większe grupy, które zapewnią ciąg odpowiedni nawet dla satelitów o wadze nawet 300 kilogramów. W przypadku tej klasy urządzeń stosowanie tradycyjnego napędu jonowego z wykorzystaniem plazmy, jest wysoce nieefektywne. Wymaga bowiem sporych zasobów energii, w przeciwieństwie do pokazanego tu rozwiązania.

ESA zapowiada, że w przyszłym roku zobaczymy gotowy do testów w kosmosie produkt. Ciekawe jaki satelita wykorzysta go po raz pierwszy? Czy będzie to może urządzenie wyprodukowane w Polsce?

Źródło: ESA, inf. własna