जब यह अंतरिक्ष अन्वेषण के भविष्य की बात आती है, तो सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक इंजन के साथ आ रही है जो ईंधन दक्षता सुनिश्चित करते हुए प्रदर्शन को अधिकतम कर सकती है। यह न केवल व्यक्तिगत मिशनों की लागत को कम करेगा, यह सुनिश्चित करेगा कि रोबोट अंतरिक्ष यान (और यहां तक कि चालक दल के अंतरिक्ष यान) भी ईंधन भरने के बिना अंतरिक्ष में विस्तारित समय के लिए काम कर सकते हैं।
हाल के वर्षों में, इस चुनौती ने कुछ वास्तविक अवधारणाओं को जन्म दिया है, जिनमें से एक का हाल ही में ईएसए टीम द्वारा पहली बार निर्माण और परीक्षण किया गया था। इस इंजन की अवधारणा में एक इलेक्ट्रिक थ्रस्टर है जो वायुमंडल के सबसे ऊपर से हवा के अणुओं को "स्कूपिंग" करने में सक्षम है और उन्हें प्रणोदक के रूप में उपयोग कर रहा है। यह विकास उन सभी प्रकार के उपग्रहों के लिए रास्ता खोलेगा जो एक वर्ष में ग्रहों के आसपास बहुत कम कक्षाओं में काम कर सकते हैं।
वायु-श्वास थ्रस्टर (उर्फ राम-इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन) की अवधारणा अपेक्षाकृत सरल है। संक्षेप में, इंजन एक ही सिद्धांत पर काम करता है जैसे कि एक रैम्स्कोप (जहां ईंधन प्रदान करने के लिए इंटरस्टेलर हाइड्रोजन एकत्र किया जाता है) और एक आयन इंजन - जहां एकत्रित कणों को चार्ज किया जाता है और बाहर निकाल दिया जाता है। ऐसा इंजन वायुमंडलीय अणुओं में ले जाकर ऑनबोर्ड प्रणोदक को दूर करेगा क्योंकि यह किसी ग्रह के वायुमंडल के शीर्ष से होकर गुजरा था।
यह अवधारणा "रैम अर्थ प्रोपल्शन फॉर लो अर्थ ऑर्बिट ऑपरेशन: एन ईएसए स्टडी" नामक एक अध्ययन का विषय था, जिसे 2007 में 30 वें अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन सम्मेलन में प्रस्तुत किया गया था। इस अध्ययन में इस बात पर जोर दिया गया था कि कैसे "कम पृथ्वी की कक्षा के उपग्रह वायुमंडलीय के अधीन हैं। खींचें और इस प्रकार उनके जीवनकाल को वर्तमान प्रणोदन तकनीकों के साथ सीमित किया जाता है, वे उस प्रणोदक की मात्रा के अनुसार होते हैं, जिसकी भरपाई वे कर सकते हैं। ”
अध्ययन के लेखकों ने यह भी संकेत दिया कि कैसे उच्च विशिष्ट आवेग वाले इलेक्ट्रिक प्रणोदन का उपयोग करने वाले उपग्रह समय की विस्तारित अवधि के लिए कम ऊंचाई के संचालन के दौरान खींचें की भरपाई करने में सक्षम होंगे। लेकिन जैसा कि वे निष्कर्ष निकालते हैं, इस तरह के मिशन को केवल ईंधन की मात्रा तक सीमित किया जा सकता है। यह निश्चित रूप से ईएसए के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र और स्थिर-स्टेट ओशन सर्कुलेशन एक्सप्लोरर (GOCE) के गुरुत्वाकर्षण-मानचित्रक उपग्रह के मामले में था।
जबकि जीओसीई चार साल से अधिक समय तक पृथ्वी की कक्षा में रहा और 250 किमी (155 मील) तक ऊंचाई पर संचालित किया गया, उसके मिशन ने उस क्षण को समाप्त कर दिया जब उसने प्रणोदक के रूप में क्सीनन की 40 किलोग्राम (88 पाउंड) आपूर्ति पूरी कर ली। जैसे, विद्युत प्रणोदन प्रणाली की अवधारणा जो प्रणोदक के रूप में वायुमंडलीय अणुओं के उपयोग की जांच की गई है। जैसा कि ईएसए के डॉ। लुई वालपोट ने ईएसए प्रेस विज्ञप्ति में बताया:
"यह परियोजना हवा के अणुओं को फैलाने के लिए एक उपन्यास डिजाइन के साथ शुरू हुई, जो पृथ्वी के वायुमंडल के शीर्ष से प्रोपेलेंट के रूप में लगभग 200 किमी की ऊंचाई पर 7.8 किमी / सेकंड की विशिष्ट गति के साथ है।"
इस अवधारणा को विकसित करने के लिए, इतालवी एयरोस्पेस कंपनी Sitael और पोलिश एयरोस्पेस कंपनी QuinteScience ने मिलकर एक उपन्यास सेवन और थ्रस्टर डिजाइन तैयार किया। जबकि क्विन्टेसाइंस ने एक अंतर्ग्रहण का निर्माण किया, जो आने वाले वायुमंडलीय कणों को इकट्ठा और संपीड़ित करेगा, सीतल ने एक दोहरे चरण का थ्रस्टर विकसित किया जो इन कणों को जोर से उत्पन्न करने के लिए चार्ज और तेज करेगा।
टीम ने कंप्यूटर सिमुलेशन चलाकर यह देखा कि कैसे कणों का सेवन विकल्पों की एक श्रृंखला में व्यवहार करेगा। लेकिन अंत में, उन्होंने यह देखने के लिए एक अभ्यास परीक्षण करने का फैसला किया कि संयुक्त सेवन और थ्रस्टर एक साथ काम करेंगे या नहीं। ऐसा करने के लिए, टीम ने सीतल के परीक्षण सुविधाओं में से एक में निर्वात कक्ष में इसका परीक्षण किया। चैम्बर ने 200 किमी की ऊंचाई पर एक पर्यावरण का अनुकरण किया, जबकि एक "कण प्रवाह जनरेटर" ने आने वाले उच्च गति वाले अणुओं को प्रदान किया।
एक अधिक संपूर्ण परीक्षण प्रदान करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि कम दबाव के वातावरण में थ्रस्ट कार्य करेगा, टीम ने इसे ज़ेनॉन-प्रणोदक के साथ प्रज्वलित करके शुरू किया। Walpot समझाया:
उन्होंने कहा, '' इनटेक डिजाइन की जांच करने के लिए कलेक्टर में परिणामी घनत्व को मापने के बजाय, हमने इलेक्ट्रिक थ्रस्टर लगाने का फैसला किया। इस तरह, हमने साबित किया कि हम वास्तव में हवा के अणुओं को एक ऐसे स्तर पर एकत्र और संपीड़ित कर सकते हैं जहां थ्रस्ट इग्निशन हो सकता है, और वास्तविक जोर को माप सकता है। पहले हमने जाँच की कि हमारे थ्रस्टरों को कण बीम जनरेटर से इकट्ठा किए गए ज़ेनॉन के साथ बार-बार प्रज्वलित किया जा सकता है। ”
अगले चरण के रूप में, टीम आंशिक रूप से पृथ्वी के ऊपरी वातावरण का अनुकरण करने के लिए नाइट्रोजन-ऑक्सीजन वायु मिश्रण के साथ क्सीनन को आंशिक रूप से बदल देती है। जैसा कि उम्मीद थी, इंजन फायरिंग करता रहा, और केवल एक चीज जो बदल गई वह थी जोर का रंग।
डॉ। वालपॉट ने कहा, "जब इंजन प्लम का क्सीनन-आधारित नीला रंग बैंगनी में बदल गया, तो हमें पता था कि हम सफल रहे हैं।" "अवधारणा की व्यवहार्यता साबित करने के लिए सिस्टम को अंततः वायुमंडलीय प्रणोदक के साथ बार-बार प्रज्वलित किया गया था। इस परिणाम का अर्थ है कि हवा में सांस लेने वाली विद्युत प्रणोदन अब केवल एक सिद्धांत नहीं है, बल्कि एक ठोस, काम करने वाली अवधारणा है, जो एक नए मिशन के आधार के रूप में एक दिन की सेवा के लिए विकसित होने के लिए तैयार है। "
वायु-श्वास विद्युत थ्रस्टरों का विकास उपग्रह के एक पूरी तरह से नए वर्ग के लिए अनुमति दे सकता है जो एक समय में मंगल ग्रह, टाइटन और अन्य निकायों के वायुमंडल के साथ काम कर सकता है। इस तरह के परिचालन जीवनकाल के साथ, ये उपग्रह इन निकायों के मौसम संबंधी परिस्थितियों, मौसमी बदलावों और उनके जलवायु के इतिहास पर डेटा के संस्करणों को इकट्ठा कर सकते हैं।
जब पृथ्वी का अवलोकन किया जाएगा तो ऐसे उपग्रह भी बहुत उपयोगी होंगे। चूंकि वे पिछले मिशनों की तुलना में कम ऊंचाई पर काम करने में सक्षम होंगे, और वे ले जाने वाले प्रणोदक की मात्रा तक सीमित नहीं होंगे, वायु-श्वास थ्रस्टरों से लैस उपग्रह विस्तारित अवधि के लिए संचालित हो सकते हैं। नतीजतन, वे जलवायु परिवर्तन पर अधिक गहराई से विश्लेषण की पेशकश कर सकते हैं, और मौसम संबंधी पैटर्न, भूवैज्ञानिक परिवर्तन और प्राकृतिक आपदाओं की अधिक बारीकी से निगरानी कर सकते हैं।
