Двигатель на разреженном атмосферном газе предложили для низких орбит

Инженер Франческо Романо из Университета Штутгарта разработал и испытал новую конструкцию плазменного двигателя для спутников, способного работать бесконечно долго на очень низкой орбите — питаясь тем самым разреженным воздухом, который обычно тормозит и в итоге сводит с орбиты спутники. Работа опубликована в рамках докторской диссертации и в препринте arXiv в июле 2026 года, описана на SciTechDaily 27 сентября 2026 года.

Проблема очень низкой орбиты (ВЕО)

Для спутников наблюдения, связи и дистанционного зондирования Земли есть очевидное преимущество в низких орбитах: камеры снимают чётче, передачи требуют меньше мощности, а мёртвые спутники сходят с орбиты сами под действием торможения атмосферой.

Традиционная низкая орбита — 200–600 км. «Очень низкая орбита» (VLEO, Very Low Earth Orbit) — ниже 200 км. Здесь атмосфера разрежена, но достаточно плотна, чтобы тормозить спутник. Без постоянной тяги он сойдёт с орбиты в течение недель или месяцев.

Сейчас спутники на низких орбитах используют запасы ионизированного газа — как правило, ксенона — в качестве рабочего тела для ионных двигателей. Запас конечен: когда он кончается, миссия завершена. Пополнить баки в космосе пока негде.

Идея: использовать само торможение

Романо предложил принципиально иное решение: вместо того чтобы возить топливо с собой, захватывать молекулы атмосферы — те самые, что тормозят спутник — и ионизировать их, превращая в рабочее тело для плазменного двигателя.

Принцип уже имеет название: ABEP (Atmosphere-Breathing Electric Propulsion, электрическая двигательная установка, дышащая атмосферой). Романо разработал конкретную реализацию — RF-геликоновый плазменный тягач.

В нём атомы разреженного воздуха (преимущественно атомарный кислород на высотах ВЕО) захватываются специальным коллектором, поступают в разрядную камеру и ионизируются с помощью радиочастотного излучения (геликоновый принцип). Образующаяся плазма ускоряется электрическим полем — это создаёт тягу, которая компенсирует атмосферное торможение.

Главная инженерная проблема и её решение

Ключевое препятствие для VLEO-двигателей — агрессивность атомарного кислорода (AO). В верхней атмосфере ультрафиолет расщепляет O₂ на одиночные атомы кислорода — высокоэнергетические окислители, буквально сжигающие металлические электроды и катоды обычных ионных двигателей.

Именно катод — «электронная пушка», нейтрализующая заряд ионизированного пучка — критически уязвим. Без нейтрализации вся конструкция заряжается, заряженные частицы отбрасываются обратно, тяга равна нулю.

Решение Романо — RF-геликоновый разряд. Вместо катода с горячим эмиттером система использует радиочастотный разряд для ионизации. Это устраняет уязвимый элемент и делает двигатель совместимым с агрессивной кислородной средой VLEO.

Дополнительная сложность — изменчивость атмосферы по суточному циклу, широте и солнечной активности. Плотность разреженного воздуха меняется, а значит, и количество «топлива», доступного двигателю. Система должна адаптироваться к этим колебаниям в реальном времени.

Для чего это открывает возможности

Если система ABEP с RF-геликоновым тягачом будет доведена до эксплуатационной готовности, это меняет концептуальный подтекст проектирования спутников для ВЕО:

• спутники наблюдения Земли получают значительно более высокое разрешение при той же оптике за счёт снижения орбиты;
• связные спутники и радиолокационные системы работают с меньшей мощностью;
• «загрязнение» орбиты отработавшими аппаратами устраняется автоматически — они сходят с орбиты сами по себе;
• отпадает необходимость в дорогостоящих запасах ксенона и сложной инфраструктуре пополнения топлива.

Читайте также: наблюдении за спутниками с помощью ИИ.

Работа Романо — PhD-проект, находящийся на уровне прототипа и стендовых испытаний. До коммерческой миссии предстоит значительный путь: долгосрочные испытания в реальном атмосферном потоке, отработка системы управления тягой при переменном потоке молекул, минимизация деградации компонентов. Тем не менее концептуальный барьер — работающий RF-геликоновый разряд на атмосферном воздухе — преодолён.