מנוע פלזמה חדש עשוי להשתמש באטמוספרה של כדור הארץ כדי להישאר במסלול

מנוע פלזמה שמפיק את הדלק שלו מהאטמוספרה הדלילה סביבו עמד היטב בניסויי מעבדה ובמודלים, כך עולה מעבודת דוקטורט של פרנצ'סקו רומאנו באוניברסיטת שטוטגרט, שפורסמה ב-ArXiv ב-1 ביולי 2026. העבודה בוחנת אם לוויין יכול להישאר במסלול נמוך במיוחד ללא הגבלת זמן בלי לשאת מלאי דלק.

למה מסלול נמוך במיוחד הוא אתגר

מסלול נמוך במיוחד (VLEO), בגובה כ-100 עד 450 קילומטרים, מאפשר תמונות חישה חדות יותר ותקשורת זולה יותר, וגרירת האטמוספרה מוציאה לוויינים לא פעילים מהמסלול מעצמה. אותה גרירה מאיטה גם לוויינים פעילים, ולכן הם נדרשים להפיק דחף כמעט ברציפות. הנעה חשמלית נושמת אטמוספרה (ABEP) הופכת את הבעיה לפתרון: לאסוף את האוויר הדליל, להפוך אותו לפלזמה ולפלוט אותו לאחור.

חמצן אטומי ושלושה תכנונים של פתחי אוויר

החלק הקשה הוא חמצן אטומי (AO). קרינת על-סגול מפרקת מולקולות חמצן לאטומים בודדים שתוקפים אלקטרודות, סריגי האצה וקתודות של מנועי הול סטנדרטיים. הקתודה מנטרלת את מטען הלוויין; בלעדיה היונים הנפלטים נמשכים בחזרה והמנוע מאבד דחף.

רומאנו בחן שלושה פתחי אוויר: משפך משופר שלוכד חלקיקים דלילים, פתח דיפוזי משושה וקומפקטי מסגסוגת טיטניום מצופה, ופתח ספקולרי שהוא מראה פרבולית מצופה גרפיט או צורן דו-חמצני שמחזירה חלקיקים למנוע. הפתח הספקולרי ניצח: הוא אסף כ-94.3% מחלקיקי האוויר בניסוי מנהרת רוח עם חמצן אטומי, ארגון וחנקן, והטיה של 15 מעלות הפחיתה את היעילות ב-8% בלבד.

סילון פלזמה בלי מנטרל

למנוע עצמו שאל רומאנו רעיון מהרפואה: אנטנת birdcage מהסוג המשמש במכונות MRI. היא אפשרה ל-99% מההספק החשמלי המסופק להיכנס לפלזמה, רמה שסלילי תיל רגילים אינם משיגים משום שהתנגדותם הריאקטיבית מבזבזת חלק ממנו. סולנואיד דוחף את הפלזמה החוצה מאחור כסילון קוואזי-ניטרלי, ולכן אין צורך במנטרל נפרד. בתא ואקום שבו שוחזרו ריכוזי הגזים של VLEO, המנוע יצר פלזמה יציבה בהספק רדיו-תדר של 50-60 ואט בלבד.

מה מבטיחים המודלים בכדור הארץ ובמאדים

לפי החישובים בעבודה, המנוע יכול להחזיק לוויין בין 190 ל-250 קילומטרים ללא הגבלת זמן בצריכת פחות מ-1.6 קילוואט. את המטרה ממחיש הלוויין GOCE, שפעל במסלול נמוך במיוחד עם מנוע יוני קסנון ולבסוף אזל דלקו. מעל מאדים, שאטמוספרתו מורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני, המודל תומך בפעולה ללא הגבלת זמן בגובה 120-160 קילומטרים.

אין ערובה שהמנוע יצא מהמעבדה, אך לפי העבודה יישומים מסחריים יהפכו למציאותיים אם הטכנולוגיה תיבחן ותוכח בטיסה.