محرك بلازما جديد قد يستخدم غلاف الأرض الجوي وقودًا للبقاء في المدار

أظهر محرك بلازما يستمد وقوده من الغلاف الجوي الرقيق من حوله نتائج جيدة في الاختبارات المخبرية والنمذجة، وفق أطروحة دكتوراه لفرانشيسكو رومانو في جامعة شتوتغارت نُشرت على arXiv في 1 يوليو 2026. تبحث الأطروحة فيما إذا كان بإمكان قمر صناعي أن يبقى في مدار أرضي منخفض جدًا إلى أجل غير مسمى دون حمل وقود.

لماذا يصعب البقاء في مدار منخفض جدًا

يمنح المدار الأرضي المنخفض جدًا (VLEO)، على ارتفاع يقارب 100 إلى 450 كيلومترًا، صور استشعار أكثر وضوحًا واتصالات أرخص، بينما يُخرج الاحتكاك الجوي الأقمار غير العاملة من المدار تلقائيًا. الاحتكاك نفسه يبطئ الأقمار العاملة، لذا تحتاج إلى دفع شبه مستمر. يحوّل الدفع الكهربائي المستنشق للغلاف الجوي (ABEP) المشكلة إلى حل: جمع الهواء الرقيق وتحويله إلى بلازما وقذفه إلى الخلف.

الأكسجين الذري وثلاثة تصاميم لمآخذ الهواء

الجزء الصعب هو الأكسجين الذري (AO): تفصل الأشعة فوق البنفسجية جزيئات الأكسجين إلى ذرات منفردة تتلف الأقطاب وشبكات التسريع ومهبطات محركات هول التقليدية. المهبط يعادل شحنة المركبة، وبدونه تُسحب الأيونات المقذوفة إلى الخلف ويفقد المحرك دفعه.

جرّب رومانو ثلاثة مآخذ هواء: قمع معزز يلتقط الجسيمات المتباعدة، ومأخذ انتشار سداسي مدمج من سبيكة تيتانيوم مطلية، ومأخذ انعكاسي هو مرآة قطع مكافئ مطلية بالجرافيت أو ثاني أكسيد السيليكون تعكس الجسيمات إلى المحرك. فاز الانعكاسي: جمع نحو 94.3% من جسيمات الهواء في اختبار نفق رياح بالأكسجين الذري والأرغون والنيتروجين، ولم يُنقص ميل بمقدار 15 درجة الكفاءة إلا بنسبة 8%.

نفاثة بلازما بلا مُعادِل

استلهم رومانو للمحرك فكرة من الطب: هوائي birdcage شبيه بتلك المستخدمة في أجهزة الرنين المغناطيسي. أتاح التصميم دخول 99% من الطاقة الكهربائية المزوّدة إلى البلازما، وهو مستوى لا تبلغه ملفات الأسلاك التقليدية. ويدفع ملف لولبي البلازما إلى الخلف كنفاث شبه متعادل، فلا حاجة إلى مُعادِل منفصل. وفي غرفة تفريغ ضُبطت على تراكيز غازات VLEO، أنتج المحرك بلازما مستقرة بطاقة 50-60 واطًا فقط.

ماذا تَعِد النماذج للأرض والمريخ

تشير حسابات الأطروحة إلى أن المحرك قد يبقي القمر الصناعي بين 190 و250 كيلومترًا إلى أجل غير مسمى باستهلاك أقل من 1.6 كيلوواط. ويوضح القمر GOCE الهدف: عمل في مدار منخفض جدًا بمحرك أيوني بالزينون ثم نفد وقوده. وفوق المريخ، حيث يهيمن ثاني أكسيد الكربون على الغلاف الجوي، يدعم النموذج عملًا دائمًا على ارتفاع 120-160 كيلومترًا.

لا ضمان أن يخرج المحرك من المختبر، لكن الأطروحة ترى أن التطبيقات التجارية تصبح واقعية إذا جُرّدت التقنية من مخاطرها وأُثبتت في رحلة فعلية.