Forskare från Europeiska rymdorganisationen testar vad de beskriver som den minsta men ändå mest exakt styrbara motor som någonsin har byggts för rymden. Mätning av 10 centimeter (4 tum) över och gör en svag blå glöd när den går, Field Emission Electric Propulsion, eller FEEP, motor producerar en genomsnittlig tryckkraft motsvarande kraften hos ett fallande hår. Men dess drivkraftsområde och styrbarhet är mycket överlägsen kraftigare thrusterar och kommer att vara viktigt för ett framtida rymduppdrag som kommer att testa Einsteins allmänna relativitetsteori.
"De flesta framdrivningssystem används för att få ett fordon från A till B," förklarade Davide Nicolini från byråns vetenskapliga projektavdelning, ansvarig för motorforskningen. "Men med FEEP är syftet att hålla ett rymdskepp i ett fast läge, kompensera för även de minsta krafterna som stör det, till en noggrannhet som ingen annan motordesign kan matcha."
Att se hur objekt beter sig när de skiljs från alla yttre påverkan är en fysikers långsiktiga ambition, men det kan inte göras inom jordens tyngdkraftsfält. Så ett nästa decenniumuppdrag som heter LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) kommer att flyga 1,5 miljoner km (900 000 miles) till en av Lagrangian-punkterna, L-1. Där avbryter solens och jordens gravitationer varandra, så att beteendet hos ett par fritt flytande testobjekt kan övervakas exakt.
Men för att ta bort experimentet helt från resten av universum kommer det fortfarande att finnas några kvarvarande turbationer att övervinna, särskilt det lilla men kontinuerliga trycket från solljuset självt. Det är där FEEP kommer in. Det fungerar på samma grundprincip som andra jonmotorer som flögs ombord på ESA: s SMART-1 Moon-uppdrag och andra rymdskepp: användningen av ett elektriskt fält tjänar till att påskynda elektriskt laddade atomer (känd som joner) och producerar drivkraft .
Men medan drivkraften från andra jonmotorer mäts i millinewton, FEEP: s prestanda bedöms i termer av mikronewton - en enhet tusen gånger mindre. Motorn har ett tryckområde på 0,1 - 150 mikronton, med en upplösningsförmåga som är bättre än 0,1 mikronton i ett tidsrespons på en femtedel av en sekund (190 millisekunder) eller bättre.
Motorn använder flytande metallcesium som drivmedel. Genom kapillärverkan - ett fenomen förknippat med ytspänning - flyter cesium mellan ett par metallytor som slutar i en rakkniv spalt. Cesiumet stannar vid slitsens mun tills ett elektriskt fält genereras. Detta får små kottar att bildas i den flytande metallen som har laddat atomer som skjuter från deras tips för att skapa tryck.
Tolv thrusterar kommer att användas för LISA Pathfinder. När de arbetar tillsammans med ett annat framdrivningssystem som är utformat av NASA, skulle thrusterarna ge riktningskontroll minst 100 gånger mer exakt än något rymdskepp tidigare; ner till en miltedel av en millimeter.
LISA involverar tre satelliter upp till fem miljoner km (tre miljoner miles) från varandra och länkade med lasrar, som kretsar kring solen. Syftet är att upptäcka krusningar i rymden och tiden känd som gravitationsvågor, förutspådd av Einsteins teori om allmän relativitet men hittills oupptäckt. Vågorna skulle orsaka små variationer i avståndet uppmätt mellan satelliterna.
Motorn testades förra månaden, och när testerna har analyserats och konceptet har bevisats har FEEP-tekniken öronmärkts för ett brett spektrum av andra uppdrag, inklusive precisionformation som flyger för astronomi, jordobservation och drafria satelliter för att kartlägga variationer i jordens tyngdkraft.
Källa: ESA
