Sprawdzone w kosmosie silniki oparte na elektrorozpylaniu cieczy jonowych rewolucjonizują sposób nawigacji małych satelitów w przestrzeni kosmicznej
Satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej nieustannie zmagają się z oporem atmosferycznym i śmieciami kosmicznymi. Utrzymanie trajektorii lotu i unikanie zagrożeń wymaga wysokiej manewrowości, jednak konwencjonalne systemy napędowe są często zbyt nieporęczne i kosztowne, by można je było produkować na skalę niezbędną dla nowoczesnych konstelacji. Ograniczenia te zmniejszają możliwości satelitów i skracają ich żywotność — co staje się coraz ważniejszym problemem w miarę szybkiego rozrostu konstelacji małych satelitów, mających zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na łączność i obserwację Ziemi. Operatorzy muszą osiągnąć maksymalną mobilność przy ścisłych ograniczeniach dotyczących masy, mocy i budżetu. „W ekosystemie małych satelitów liczy się każdy gram i każdy wat; przekształcamy te ograniczenia w możliwości dzięki nowej technologii napędu elektrycznego zwanej elektrorozpylaniem”, zauważa Emmanuel Plier, koordynator finansowanego ze środków UE projektu HYPERION oraz dyrektor operacyjny w firmie ION-X(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Napęd oparty na elektrorozpylaniu wykorzystuje zasady elektrohydrodynamiki w odniesieniu do ciekłego paliwa, wykorzystując pola elektryczne do wyciągania i wyrzucania szybko poruszających się jonów z dużą prędkością. Ta opatentowana technologia stanowi rdzeń silników odrzutowych ION-X — optymalizuje prostotę, wydajność i skalowalność. „Misją firmy ION-X jest dostarczanie operatorom satelitów najlepszego systemu napędowego, który pozwoli wydłużyć żywotność statków kosmicznych, zwiększyć ich manewrowość oraz zapewnić długoterminowy sukces misji”, dodaje Plier.
Uruchomienie pierwszego europejskiego silnika wykorzystującego elektrorozpylanie w przestrzeni kosmicznej
Dzięki wsparciu projekt HYPERION firma ION-X osiągnęła niedawno ważny kamień milowy, wprowadzając na orbitę i uruchamiając swój pierwszy prototyp silnika jonowego. W maju 2025 r., na pokładzie satelity zbudowanego przez firmę Space Inventor(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i wyniesionego w ramach misji Transporter-12 firmy SpaceX(odnośnik otworzy się w nowym oknie), system przeprowadził pierwsze uruchomienie wiązki jonowej na niskiej orbicie okołoziemskiej. Sterowany przez komputer pokładowy i zasilany przez autorski moduł przetwarzania mocy silnik wygenerował szacunkowy ciąg wynoszący 20 µN przy wiązce jonowej o natężeniu 200 µA i napięciu 5 kV. Jak podkreśla Plier :„Dziesięć lat po tym, jak firma BUSEK wprowadziła na rynek pierwszy na świecie system elektrorozpylania cieczy jonowej na potrzeby misji LISA Pathfinder(odnośnik otworzy się w nowym oknie) realizowanej przez ESA i NASA w 2015 roku, demonstracja ION-X była drugim tego typu wydarzeniem na świecie — i pierwszym w historii przeprowadzonym przez europejską firmę”. Ten lot próbny potwierdził działanie wszystkich kluczowych funkcji, w tym telemetrii w czasie rzeczywistym, pętli monitorujących, zdalnych aktualizacji oprogramowania z Ziemi oraz odporności systemu na warunki panujące w przestrzeni kosmicznej i obciążenia związane ze startem. Chociaż anomalia, która wystąpiła podczas lotu, ograniczyła pełne wykorzystanie silnika, doświadczenie to dostarczyło bezcennych wniosków, które wzmocniły procesy testów naziemnych i sterowania.
Inteligentniejsze i łatwiejsze manewrowanie satelitami przy mniejszym zużyciu paliwa
Kluczowym elementem mobilności statku kosmicznego jest prędkość delta-v(odnośnik otworzy się w nowym oknie) — bezpośrednia miara zdolności manewrowej satelity. Niezawodny zapas delta-v umożliwia operatorom precyzyjne utrzymywanie pozycji, podnoszenie orbity lub unikanie kolizji z odpadami kosmicznymi, co aktywnie chroni ich inwestycje. Dzięki utrzymaniu pozycji orbitalnej i wydłużeniu okresu eksploatacji dostępność delta-v przekłada się bezpośrednio na nieprzerwany czas pracy i stałe generowanie przychodów. „Zużywając mniej niż 200 ml paliwa, nasze systemy mogą napędzać satelitę o masie od 10 do 100 kg przez kilka lat”, stwierdza Plier. „To, co wyróżnia naszą technologię, to radykalne podejście typu „plug-and-play”, które upraszcza integrację bez uszczerbku dla wydajności”, wyjaśnia Plier. „Silnik uruchamia się natychmiast, bez energochłonnego podgrzewania wstępnego. Ponadto jego paliwo jest nietoksyczne, obojętne chemicznie, nie jest pod ciśnieniem i jest produkowane lokalnie we Francji, co eliminuje złożoną logistykę i ograniczenia regulacyjne”.
Budowa silników wykorzystujących elektrorozpylanie nowej generacji
ION-X działa pełną parą. Po dostarczeniu około 10 nowych silników w 2026 roku zespół wykorzystuje wnioski z pierwszej demonstracji kosmicznej do opracowania produktu nowej generacji. Dostawa produktu planowana jest na połowę 2027 r., a od 2027 r. zaplanowano dalsze loty demonstracyjne z wykorzystaniem silników o zwiększonej wydajności.