Špičkový iontový pohon z České republiky

Iontové pohony se v posledních letech používají stále častěji, ale pořád jsou oproti tradičním chemickým motorům v menšině. Mají sice výhodu v tom, že s palivem hospodaří mimořádně šetrně, ale jejich vývoj je zatím poměrně náročný. Zvládnutí jejich výrobního procesu tedy svědčí o vysoké technologické úrovni výrobce. Na začátku letošního roku se objevila zpráva o úspěšných testech nového typu iontového pohonu. Ten ke svému provozu nepotřebuje žádné pohonné látky z palubních nádrží – jako pracovní médium, které je následně ionizováno a urychlováno, mu slouží molekuly řídkých vrstev atmosféry na velmi nízkých oběžných drahách. Nyní na toto lukrativní pole vstupuje i Česká republika.

Firma SpaceLab EU se dohodla s Výzkumným a zkušebním leteckým ústavem na partnerství, v rámci kterého bude po dobu následujících pěti let probíhat společný vývoj tzv. air-breathing iontového motoru, tedy pohonu, který si bere pohonné látky z okolního prostředí. Cílem partnerství ale není jen vývoj samotné technologie, ale i hledání cest k jejímu komerčnímu využití. V posledních letech totiž stále více sílí poptávka ze strany satelitních operátorů, kteří chtějí provozovat rozsáhlé sítě tvořené mnohačetnými flotilami malých družic, které by tento typ pohonu využily. Iontový pohon čerpající pohonné látky z okolní atmosféry má totiž vysoký potenciál ke zlepšení ekonomiky provozu těchto družic i k prodloužení životnosti jejich provozu.

Je to logické – v poslední době se stále méně často setkáváme s momenty, kdy nějaká družice musí ukončit provoz kvůli technické poruše. Limitujícím faktorem, který omezuje životnost družic je objem nádrží s pohonnými látkami. Existují sice projekty, které počítají s možností dotankování nádrží na oběžné dráze, ale ty cílí spíše na velké telekomunikační družice například na geostacionární dráze. U rozsáhlé flotily malých družic by metoda dotankování nebyla ekonomicky únosná. Otevírají se tedy dveře k jiným metodám. Nejjednodušší je tedy palivové nádrže úplně vynechat a palivo si brát z prakticky nevyčerpatelného zdroje, který je na nízkých oběžných drahách všude kolem družic.

Český projekt je v tomto směru bez přehánění unikátní. Naši odborníci mají možnost podílet se na skutečně špičkovém výzkumu v celosvětovém měřítku. Pokud se tato iniciativa dočká úspěšné realizace, můžeme se dočkat vpravdě revolučního zpřístupnění velmi nízkých oběžných drah komerčním družicím. Velmi nízké oběžné dráhy mají obecně problém s tím, že prochází oblastmi, kde jsou již poměrně silně cítit pozůstatky nejvyšších vrstev atmosféry. Tření o tyto molekuly atmosféry samozřejmě družice zpomaluje a pokud by družice nekompenzovala toto zpomalování, tedy nezrychlovala, velmi brzy by shořela v atmosféře.

Asi nejznámější družicí, jejímž pracovištěm byla extrémně nízká oběžná dráha, byla vědecká družice GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Ta mezi roky 2009 a 2013 obíhala jen ve výšce 250 kilometrů, což bylo nezbytné kvůli určení družice. Jejím úkolem bylo velmi přesně zmapovat odchylky zemské gravitace. Čím dále by družice od naší planety byla, tím horší přenosnosti měření by dosáhla. Aby kompenzovala problémy se zbytky atmosféry, byla družice GOCE vybavena křidélky a iontovým pohonem, který pracoval prakticky neustále.

Na velmi nízké dráhy se v současné době začíná zaměřovat pozornost mnoha firem. Zájem o tuto dráhu mají třeba poskytovatelé telekomunikačních služeb. Signály z družic cestují rychlostí světla a urychlit se nedají. Jedinou možností, jak zkrátit zpoždění (latenci) mezi pozemními středisky a družicemi na oběžné dráze, je zkrácení přenosové vzdálenosti. Jinými slovy – čím níže budou družice kroužit, tím kratší cestu signál urazí a tím menšího zpoždění dosáhneme. Už méně se ale mluví o tom, že pro přenos signálu na menší vzdálenost potřebujeme menší anténu. A jestli něco malé družice ocení, tak jsou to právě úspory hmotnosti a rozměrů jednotlivých konstrukčních prvků. Operátoři nabízející komunikační služby však nejsou jedinými firmami, které stojí o velmi nízké oběžné dráhy. O tuto dráhu se zajímají také firmy zajišťující snímkování zemského povrchu. I zde je důvod jasný – čím blíže se snímkovací družice dostane k povrchu, tím lepší detaily (menší objekty) dokáže zachytit.

Nově uzavřená dohoda počítá se společným vývojem s hodnotou v řádu milionů euro. Analýza komerčního potenciálu přitom ukazuje přínosy v řádu stovek milionů euro. Dá se očekávat, že o iontový pohon čerpající pohonné látky z atmosféry budou mít zájem nejen výše zmínění provozovatelé mnohačetných družicových sítí, ale i armády.

Týmy specialistů ze SpaceLab EU i z Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu již společně pracují na základech projektu v pražských Letňanech v prostorách VZLÚ. Tady se rodí počítačové simulace, ale i experimentální hardware. Specialisté tu mají k dispozici příslušné laboratorní vybavení včetně nových čistých prostor, které jsou nezbytné k provádění experimentů. Počítá se i s přípravou inženýrského modelu, který bude otestován v kosmickém prostředí.

Zdroj: kosmonautix.cz