Naukowcy z Europejskiej Agencji Kosmicznej testują to, co określają jako najmniejszy, ale najdokładniej kontrolowany silnik, jaki kiedykolwiek zbudowano dla przestrzeni kosmicznej. Silnik o wielkości 10 centymetrów (4 cale) i słabym niebieskim blasku podczas pracy, silnik elektryczny emitujący pole elektromagnetyczne (FEEP) wytwarza średnią siłę ciągu odpowiadającą sile jednego opadającego włosa. Ale jego zasięg i sterowność są znacznie lepsze niż w przypadku silniejszych silników odrzutowych i będą ważne dla przyszłej misji kosmicznej, która przetestuje ogólną teorię względności Einsteina.
„Większość układów napędowych jest wykorzystywanych do przeniesienia pojazdu z punktu A do punktu B” - wyjaśnił Davide Nicolini z Działu Projektów Naukowych agencji, odpowiedzialny za badania nad silnikiem. „Jednak w przypadku FEEP celem jest utrzymanie statku kosmicznego w ustalonej pozycji, kompensując nawet najmniejsze siły, które go zakłócają, z dokładnością, jakiej nie może dorównać żaden inny silnik”.
Obserwowanie, jak zachowują się obiekty, gdy są oddzielone od wszelkich wpływów zewnętrznych, jest od dawna ambicją fizyków, ale nie można tego zrobić w polu grawitacyjnym Ziemi. Tak więc następna dekada misji o nazwie LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) poleci 1,5 miliona km (900 000 mil) do jednego z punktów Lagrangian, L-1. Tam grawitacje Słońca i Ziemi znoszą się nawzajem, dzięki czemu zachowanie pary swobodnie pływających obiektów testowych może być dokładnie monitorowane.
Ale aby całkowicie oddzielić eksperyment od reszty Wszechświata, pozostanie jeszcze kilka turbulencji do pokonania, w szczególności niewielkie, ale ciągłe ciśnienie samego światła słonecznego. Właśnie tam wkracza FEEP. Działa na tej samej podstawowej zasadzie, co inne silniki jonowe latające na pokładzie misji SMART-1 Moon ESA i innych statków kosmicznych: zastosowanie pola elektrycznego służy do przyspieszenia elektrycznie naładowanych atomów (znanych jako jony), wytwarzając ciąg .
Ale podczas gdy ciąg innych silników jonowych jest mierzony w milinewtonach, wydajność FEEP jest oceniana w odniesieniu do mikronewtonów - jednostki tysiąc razy mniejszej. Silnik ma zakres nacisku 0,1 - 150 mikronewonów, z możliwością rozdzielczości lepszą niż 0,1 mikronewona w odpowiedzi czasowej jednej piątej sekundy (190 milisekund) lub lepszej.
Silnik wykorzystuje ciekły metal cez jako paliwo. Poprzez działanie kapilarne - zjawisko związane z napięciem powierzchniowym - cez przepływa między parą metalowych powierzchni, które kończą się ostrą jak brzytwa szczeliną. Cez pozostaje w ujściu szczeliny, dopóki nie zostanie wygenerowane pole elektryczne. Powoduje to tworzenie się małych stożków w ciekłym metalu, które mają naładowane atomy wystrzeliwujące z ich końców, aby wytworzyć ciąg.
Do urządzenia LISA Pathfinder zostanie użytych dwanaście silników odrzutowych. Współpracując z innym układem napędowym zaprojektowanym przez NASA, pędniki powinny zapewniać kontrolę kierunkową co najmniej 100 razy dokładniejszą niż jakikolwiek inny statek kosmiczny wcześniej; do milionowej części milimetra.
LISA obejmuje trzy satelity w odległości do pięciu milionów kilometrów (trzy miliony mil) od siebie i połączone laserami, krążącymi wokół Słońca. Celem jest wykrycie zmarszczek w przestrzeni i czasie znanych jako fale grawitacyjne, przewidywanych przez teorię ogólnej teorii względności Einsteina, ale jak dotąd nie wykrytych. Fale spowodowałyby niewielkie zmiany odległości mierzonej między satelitami.
Silnik został przetestowany w zeszłym miesiącu, a po przeanalizowaniu testów i sprawdzeniu koncepcji technologia FEEP została przeznaczona na wiele innych misji, w tym na loty precyzyjne do astronomii, obserwacje Ziemi i wolne od przeciągania satelity do mapowania wariantów w ziemskiej grawitacji.
Źródło: ESA
