Os satélites tradicionais em órbita baixa da Terra enfrentam um problema: os resquícios da atmosfera criam resistência e diminuem gradualmente a altitude dos satélites, exigindo o uso de combustível a bordo ou gás propelente, como xenônio ou criptônio, para compensar. O esgotamento do combustível encerra a missão dos satélites, que se desintegram na atmosfera. No entanto, sua missão pode ser estendida por meio da coleta de gases atmosféricos, e um projeto nesse sentido já está em andamento na Europa.
Fonte da imagem: ESA
Um novo sistema de propulsão elétrica aeróbica (ABEP, na sigla em inglês) promete resolver total ou parcialmente esse problema. O sistema coleta partículas rarefeitas da atmosfera terrestre durante o voo e as utiliza como fluido de trabalho para gerar impulso. Isso permite que os satélites operem praticamente sem propelente próprio a bordo, abrindo a possibilidade de missões de longa duração em órbitas terrestres muito baixas (VLEO, na sigla em inglês) (180–250 km), que normalmente são difíceis de desenvolver e operar.
O sistema ABEP opera em três estágios principais. Uma entrada de ar especial captura moléculas residuais de nitrogênio e oxigênio presentes na atmosfera extremamente rarefeita em altitude orbital. Esses gases são então ionizados, transformando-se em plasma, e acelerados por campos elétricos e magnéticos no motor, criando um impulso reativo que compensa o arrasto atmosférico. A energia para todo o processo é fornecida pelos painéis solares do satélite, e o fluido de trabalho é retirado do ar circundante.
Entre as principais e mais óbvias vantagens da nova tecnologia está a vida útil praticamente ilimitada do satélite (desde que mantenha uma atmosfera e acesso à energia solar). Não há necessidade de reservas de propelente a bordo, o que reduz o peso de decolagem e os custos da missão, além de permitir a criação de constelações de satélites mais densas e estáveis (por exemplo, satélites semelhantes ao Starlink em órbitas mais baixas). Benefícios adicionais (devido à menor altitude orbital) incluem melhor resolução na observação da Terra, menor latência de comunicação e desorbitação rápida e natural em caso de falha, reduzindo o volume de espaço ocupado.detritos.
O projeto está sendo implementado pela empresa europeia IQM com o apoio da Agência Espacial Europeia (ESA) e a participação da TransMIT GmbH. O sistema passou recentemente com sucesso pela fase de revisão crítica de projeto, confirmando sua viabilidade técnica. Um protótipo está sendo montado e em breve será testado em câmaras de vácuo que simulam as condições da órbita ultrabaixa. Se a tecnologia se provar viável, inaugurará uma nova era de satélites capazes de “respirar” a atmosfera terrestre e convertê-la em uma fonte inesgotável de propulsão, mudando radicalmente a abordagem das operações orbitais e da exploração espacial sustentável.
Um avanço fundamental no desenvolvimento do novo sistema ABEP é o projeto do motor sem cátodo, que elimina problemas com componentes do motor operando em um ambiente hostil de oxigênio e aumenta significativamente a confiabilidade do sistema (infelizmente, não há gases neutros). Os desenvolvedores pretendem atingir uma eficiência elétrica de pelo menos 50% e um impulso específico de pelo menos 4.200 segundos.