到目前為止,配備離子推進器的衛星,其航程受到內部可儲存的星載推進劑數量所限制。歐洲太空總署的地球重力場和海洋環流探測衛星(GOCE),在海拔低至250公里的軌道上在地球上空盤旋了4年,但當它開始履行任務時裝填的40公斤氙氣耗盡後,它的旅程就結束了。透過電離空氣分子而不是像氙氣這樣的氣體,只要衛星運行在高度低到足以存在空氣的大氣軌道上,衛星推進劑就不會耗盡。

新型推進器的工作原理是吸入空氣分子並壓縮它們,直到把它們轉化為熱化離子等離子體。推進器產生電荷來加速分子,並將其噴射出來,以產生推進力,且因不再需要星載推進劑,配備的衛星可以變輕很多。進氣系統還顯著降低了空氣阻力,這是另一個好處。

20180613NT01P1 空氣可望成為衛星的燃料來源。(圖片來源:Pixabay)

歐洲太空總署該專案的研究員Louis Walpot表示:「這個項目設計非常新穎,它在大約200km高度、7.8km/s的典型速度下,從地球大氣層頂部獲取空氣分子作為推進劑。」

這項技術的一個有趣的潛在應用是創建一種「輕掠(skimming)」衛星——這種衛星週期性地降落到大氣中,在使用離子推進器「加油」後,再爬回到較高的軌道。各種協同衛星可以利用該技術來確保有足夠的衛星在正確的軌道和位置上運行,從而完成任務。也可以安置冗餘衛星處於等待模式,隨時填補因故障或老化而造成的任何缺口,這類似於地球上物聯網(IoT)中所使用的網狀網路,若干小型自推衛星也可以這樣組網。

運行在地球軌道上的衛星,可能並非這種新技術的唯一受益者。研究人員認為,可以對推進器進行調整,使其在各種環境下工作。這意味著,理論上也可以將它們整合到設計用於勘測其他行星的全自動太空船中,例如,火星大氣可提供足夠燃料,為無人衛星任務常年提供動力。

該團隊建立了一個完整的推進器來驗證概念並測量推力,並在SITAEL的真空室中模擬200公里高度的環境進行測試。該系統能夠使用普通大氣作為唯一的推進劑反覆點燃。根據Walpot的說法,該結果意味著吸氣式電力推進不再只是一種理論,而是一種實際可行的工作理念,對其開發應用的條件業已成熟,可望作為未來新一類任務的基礎。