Ko gre za prihodnost raziskovanja vesolja, se med največjimi izzivi postavljajo motorji, ki lahko povečajo zmogljivosti, hkrati pa zagotavljajo tudi porabo goriva. To ne bo samo zmanjšalo stroškov posameznih misij, temveč bo zagotovilo, da lahko robotska vesoljska plovila (in celo posadka vesoljskih plovil) delujejo dlje časa v vesolju, ne da bi jih bilo treba natočiti.
Ta izziv je v zadnjih letih pripeljal do nekaterih resnično inovativnih konceptov, od katerih je enega od njih nedavno izdelala in preizkusila ekipa ESA. Ta koncept motorja je sestavljen iz električnega potiska, ki je sposoben "vrtati" pomanjkljive molekule zraka iz vrhov atmosfere in jih uporabljati kot pogonsko gorivo. Ta razvoj bo odprl pot vsem vrstam satelitov, ki lahko letijo v zelo nizki orbiti okoli planetov.
Koncept zračnega dihalnega potiska (aka. Ram-Electric Propulsion) je razmeroma preprost. Skratka, motor deluje na enakih načelih kot ramska vrvica (kjer se zbira medzvezdni vodik, da se zagotovi gorivo) in ionski motor - kjer se zbrani delci napolnijo in odvržejo. Takšen motor bi odstranil tovarniško gorivo, če bi zaužil atmosferske molekule, ko se je prebil skozi vrh atmosfere planeta.
Koncept je bil predmet študije z naslovom "Električni pogon RAM za delovanje v nizki zemeljski orbiti: Študija ESA", ki je bila predstavljena na 30. mednarodni konferenci o električnem pogonu leta 2007. Študija je poudarila, kako so "sateliti nizke zemeljske orbite podvrženi atmosferskim povleči in s tem je njihova življenjska doba omejena s trenutnimi pogonskimi tehnologijami s količino pogonskega goriva, ki jo lahko nosijo za kompenzacijo. "
Avtorji študije so tudi navedli, kako bodo sateliti, ki uporabljajo visoko specifični impulzni električni pogon, lahko dlje časa kompenzirali povlek med delovanjem na majhni nadmorski višini. A kot zaključijo, bi bila takšna misija omejena tudi na količino goriva, ki bi ga lahko prevažala. To je zagotovo veljalo za gravitacijsko polje ESA in stabilno stanje Ocean Circulation Explorer (GOCE) gravitacijski satelitski zemljevid,
Medtem ko je GOCE ostal v orbiti Zemlje več kot štiri leta in je deloval na višini le 250 km (155 milj), se je njegova misija končala v trenutku, ko je izčrpal svojo 40 kg (88 funtov) ksenona kot pogonskega sredstva. Kot tak je bil preučen tudi koncept električnega pogonskega sistema, ki uporablja atmosferske molekule kot pogonsko gorivo. Kot je v sporočilu za evropsko agencijo ESA dr. Louis Walpot pojasnil:
"Ta projekt se je začel z novo zasnovo, s katero se je odvajalo molekule zraka kot gorivo z vrha Zemljine atmosfere na približno 200 km nadmorske višine s običajno hitrostjo 7,8 km / s."
Za razvoj tega koncepta sta se italijanska letalsko-vesoljska družba Sitael in poljsko letalsko vesoljsko podjetje QuinteScience združila in ustvarila novo zasnovo za vnos in potiskanje. Medtem ko je QuinteScience zgradil dovod, ki bi zbiral in stiskal prihajajoče atmosferske delce, je Sitael razvil dvostopenjski potisnik, ki bi te delce napolnil in pospešil za ustvarjanje potiska.
Ekipa je nato izvedla računalniške simulacije, da bi videla, kako se bodo delci obnašali v različnih možnostih vnosa. Toda na koncu so se odločili za preizkus prakse, ali bodo videli, ali kombinirani vnos in potiska delujeta skupaj ali ne. Da bi to naredili, ga je ekipa preizkusila v vakuumski komori v enem od Sitaelovih testnih obratov. Komora je simulirala okolje na 200 km nadmorske višine, medtem ko je "generator pretoka delcev" zagotavljal hitro nastajajoče molekule.
Da bi zagotovili bolj popoln preskus in zagotovili, da bo potisni mehanizem deloval v okolju z nizkim tlakom, je ekipa začela z vžiganjem s ksenonskim pogonskim sredstvom. Walpot je pojasnil:
»Namesto da bi preprosto izmerili nastalo gostoto na kolektorju, da bi preverili zasnovo vstopa, smo se odločili, da priključimo električni potisnik. Na ta način smo dokazali, da lahko resnično zberemo in stisnemo molekule zraka do stopnje, kjer lahko poteka vžig potiska, in izmerimo dejanski potisk. Sprva smo preverili, da se lahko naša potiska večkrat vžge s ksenonom, zbranim iz generatorja snopov delcev. "
Naslednji korak skupina delno nadomesti ksenon z mešanico zraka z dušikom in kisikom, da simulira Zemljino zgornjo atmosfero. Kot smo upali, je motor še naprej streljal, edino, kar se je spremenilo, pa je bila barva potiska.
"Ko se je modra barva motorja na ksenonu spremenila v vijolično, smo vedeli, da nam je uspelo," je dejal dr. Walpot. "Sistem je bil končno večkrat vžgan izključno z atmosferskim gorivom, da se dokaže izvedljivost koncepta. Ta rezultat pomeni, da električni pogon, ki diha z zrakom, ni več le teorija, temveč oprijemljiv, delujoč koncept, pripravljen za razvoj, ki bo nekega dne služil kot osnova novega razreda misij. "
Razvoj električnih potisnikov, ki dihajo po zraku, bi lahko let za letom omogočil povsem nov razred satelita, ki bi lahko deloval z obrobjem Marsa, Titana in drugih teles. S tovrstno operativno življenjsko dobo bi lahko ti sateliti zbrali količine podatkov o meteoroloških razmerah, sezonskih spremembah in zgodovini njihovega podnebja.
Takšni sateliti bi bili zelo koristni tudi pri opazovanju Zemlje. Ker bi lahko delovali na nižji nadmorski višini kot prejšnje misije in ne bi bili omejeni s količino pogonskega goriva, ki bi ga lahko nosili, bi sateliti, opremljeni z zračnimi potiski, lahko dihali dalj časa. Kot rezultat tega bi lahko ponudili bolj poglobljene analize o podnebnih spremembah in podrobneje spremljali meteorološke vzorce, geološke spremembe in naravne nesreče.
