محققان دانشگاه بیهانگ در پکن در توسعه ماهواره‌های تنفس هوا که می‌توانند بیشتر در فضا دوام بیاورند، به پیشرفت‌هایی دست یافته‌اند و به این نتیجه رسیدند که راه‌هایی برای کاهش تاثیر منفی امواج ضربه‌ای وجود دارد که به گفته آنها می‌تواند چنین ماهواره‌هایی را بی‌ثبات کند.
ماهواره‌های “تنفس هوا” به پیشرانه الکتریکی تنفس هوا متکی هستند، فناوری که از برق تولید شده توسط پنل خورشیدی یا راکتور هسته‌ای برای بارگذاری ذرات و دفع آنها برای تولید حرکت استفاده می‌کند. این امر آنها را قادر می‌سازد تا به مدار پایین زمین فرستاده شوند و هوای کم را به عنوان پیشران جمع آوری کنند تا در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری (۶۲ مایل) – در نزدیکی مرز بین فضا و جو، بیشتر در ارتفاع بمانند.
مقامات فضایی چین منابع قابل توجهی را برای توسعه این فناوری اختصاص داده و تعدادی از نمونه‌های اولیه آن را آزمایش کرده‌اند. طبق برخی از مقالات تحقیقاتی، ارتش به این فناوری علاقه خاصی داشت زیرا می‌توانست اطلاعاتی را در سطح زیر با جزئیات بسیار بالاتری نسبت به ماهواره‌هایی که در ارتفاع بیشتر کار می‌کنند، ثبت کند.
با این حال، چالش‌های فنی همچنان وجود دارد، از جمله داشتن یک جمع کننده مولکول به اندازه کافی بزرگ برای جمع آوری مقدار ذرات مورد نیاز برای تولید نیروی محرک مناسب.
محققان همچنین دریافتند که امواج ضربه‌ای می‌توانند در فضا رخ داده و اجسامی را که با سرعت بسیار بالا حرکت می‌کنند بی‌ثبات سازند، برخلاف تصور رایج که قبلا امواج ضربه‌ای در فضا رخ نمی‌داد.
محققان در مقاله‌ای که ماه گذشته در مجله داخلی Vacuum Electronics منتشر شد، اعلام کردند که چنین امواج ضربه‌ای نه تنها باعث ایجاد بی‌ثباتی در ماهواره می‌شوند، بلکه مولکول‌ها را نیز از بین می‌برند و باعث کاهش توانایی دستگاه در جمع آوری پیشرانه و کوتاه شدن عمر آن می‌شوند.
بر اساس مدل سازی رایانه‌ای محققان، به رهبری پروفسور تانگ هایبین از دانشکده فضا و محیط زیست دانشگاه بیهانگ، هرچه جمع کننده مولکول برای جمع آوری ذرات هوا بیشتر باشد، امواج ضربه‌ای بیشتری ایجاد می‌شود.
این تیم از شبیه سازی‌ها برای تعیین اندازه مطلوب ورودی هوا برای کاهش تاثیر منفی امواج ضربه‌ای استفاده کردند.
نگرانی دیگر این بود که اکثر مولکول‌های هوا جمع آوری نمی‌شوند زیرا پس از برخورد با دستگاه به فضا باز می‌گردند.
بر اساس مطالعه تانگ، این مشکل می‌تواند کمتر از آنچه تصور می‌شد جدی باشد. مدل سازی نشان می‌دهد که بمباران ذرات با سرعت بالا سطح کلکتور را به مرور زمان خشن می‌کند و میزان مولکول‌های خارج شده را کاهش می‌دهد.
ایده ماهواره‌های تنفس هوا در اوایل دهه ۱۹۵۰ توسط مهندس فضایی آمریکایی استرج دمتریادس، دانشجوی دکتری و پدر برنامه موشکی چین، مطرح شد.
در دهه‌های بعد محققان در کشورهای دیگر از جمله ژاپن پیشنهادات مختلفی ارائه کردند که روی کاغذ باقی ماند.
در سال ۲۰۱۸، یک پیشرانه برقی با تنفس هوا که توسط مهندسان فضایی لهستانی و ایتالیایی ساخته شده بود، در محفظه خلاء روی زمین آزمایش شد و برای اولین بار ثابت کرد که این فناوری در واقع می‌تواند نیروی رانشی را ایجاد کند، هرچند بسیار کوچک.
آژانس فضایی اروپا قصد دارد یک ماهواره تنفس هوا بسازد که بتواند در ارتفاع ۲۰۰ کیلومتری کار کند. تاریخ پرتاب ماهواره مشخص نیست.
چین دیر وارد این رقابت شد ولی به سرعت پیشرفت کرد.
محققان انستیتوی مهندسی کنترل پکن و دانشگاه سان یات سن در گوانگجو سال گذشته یک موتور کامل را در یک مرکز آزمایش زمینی ساخته و آن را آزمایش کردند.
بر خلاف موتور اروپایی که ذرات را در دو مرحله شتاب می‌داد، به گفته محققان، دستگاه چینی از مراحل بیشتری برای دستیابی به عملکرد روان‌تر و کارآمدتر استفاده کرد.
تیمی دیگر با موسسه مهندسی محیط زیست فضاپیمای پکن (BISEE) موفق به گسترش ناحیه شارژ الکتریکی از محفظه شتاب ذرات تا سطح داخلی دستگاه جمع کننده هوا شدند. به گفته محققان، این فناوری منحصر به فرد که در برنامه تسلیحات مافوق صوت چین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌تواند تلاطم هوا را از بین ببرد و با فشار بیشتر پلاسما تولید کند.
به گفته محققان BISEE، یک ماهواره در حال تولید در پکن هیچ سوختی حمل نخواهد کرد، فقط یک موتور تنفس هوا با وزن ۱۰ کیلوگرم (۲۲ پوند) حمل می‌کند. این می‌تواند حداقل پنج سال در ارتفاع ۱۸۰ کیلومتری بماند.
از نظر تئوری، یک ماهواره تنفس هوا می‌تواند برای همیشه کار کند، اما پلاسما داغ تولید شده می‌تواند برخی از اجزای موتور را فرسوده کند. به گفته محققان، برخی پیشرفت‌های اخیر در آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی می‌تواند طول عمر ماهواره را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.