כשמדובר בעתיד של חקר החלל, אחד האתגרים הגדולים ביותר הוא לבוא במנועים שיכולים למקסם את הביצועים תוך הבטחת יעילות הדלק. זה לא רק יקטין את עלות המשימות הבודדות, אלא יבטיח שחללית רובוטית (ואפילו חללית עם צוותים) יכולה לפעול לפרקי זמן ממושכים בחלל מבלי שתצטרך לתדלק.
בשנים האחרונות האתגר הזה הוביל לכמה מושגים חדשניים באמת, שאחד מהם נבנה לאחרונה ונבדק לראשונה על ידי צוות ESA. תפיסת מנוע זו מורכבת משבר חשמלי המסוגל "לגרוף" מולקולות אוויר נדירות מראש צמרות האטמוספרה ולהשתמש בהן כדחף. פיתוח זה יפתח את הדרך לכל מיני לוויינים שיכולים לפעול במסלול נמוך מאוד סביב כוכבי לכת במשך שנים בכל פעם.
הרעיון של מותחן נושם אוויר (aka. הנעה חשמלית של ראם) הוא פשוט יחסית. בקיצור, המנוע פועל על אותם עקרונות כמו לולאת ראמס (שם נאסף מימן בין-כוכבי כדי לספק דלק) ומנוע יונים - שם נטענים ונפלטים חלקיקים שנאספו. מנוע כזה יפטר את המונע על הסף על ידי נטילת מולקולות אטמוספריות כשהוא עובר בראש האטמוספירה של כוכב לכת.
הרעיון היה נושא המחקר שכותרתו "RAM הנעה חשמלית להפעלת מסלול כדור הארץ נמוך: מחקר ESA", שהוצג בכנס ה -30 הבינלאומי להנעה חשמלית בשנת 2007. המחקר הדגיש כיצד "לוויינים מסלולי כדור הארץ נמוכים נתונים לאווירה אטמוספרית. גרור וכך תקופת חייהם מוגבלת בטכנולוגיות ההנעה הנוכחיות בכמות הדחף שהם יכולים לשאת כדי לפצות על כך. "
מחברי המחקר ציינו גם כיצד לוויינים המשתמשים בהנעה חשמלית גבוהה של דחף יוכלו לפצות על גרירה במהלך פעולה בגובה נמוך למשך זמן רב. אך כפי שהם מסכמים, משימה כזו תוגבל גם לכמות הדלק שהיא יכולה לשאת. זה בהחלט היה המקרה לגבי שדה הכבידה של ה- ESA ולוויין מיפוי הכבידה של Ocean Circulation Explorer (GOCE),
בעוד GOCE נשאר במסלול כדור הארץ במשך יותר מארבע שנים ופעל בגבהים של עד 250 ק"מ (155 מייל), משימתו סיימה ברגע שמיצתה את אספקת הקסנון שלו כ- 88 ק"ג. כיוון שכך, נחקר גם הרעיון של מערכת הנעה חשמלית המשתמשת במולקולות אטמוספריות כמניע. כפי שהסביר ד"ר לואי וולפוט מטעם ESA בהודעה לעיתונות של ESA:
"פרויקט זה התחיל בתכנון חדשני לגילוש מולקולות אוויר כחלל דחף ממרום האטמוספרה של כדור הארץ בגובה של 200 ק"מ בערך במהירות אופיינית של 7.8 קמ"ש."
כדי לפתח את הרעיון הזה, חברת התעופה האיטלקית סיטל וחברת האוויר והחלל הפולנית QuinteScience התאגדו ליצירת עיצוב צריכת וגומלין חדשני. בעוד ש QuinteScience בנתה צריכה שתאסוף ותלחץ חלקיקים אטמוספריים נכנסים, סיטל פיתח דחיפה דו-שלבית שתטען ותאיץ חלקיקים אלה ליצירת דחף.
לאחר מכן הצוות הפעיל הדמיות מחשב כדי לראות כיצד חלקיקים יתנהגו על פני מגוון אפשרויות צריכת מים. אך בסופו של דבר הם בחרו לערוך בדיקת תרגול בכדי לבדוק אם הצריכה והמתח המשולב יעבדו יחד או לא. לשם כך, הצוות בדק זאת בתא ואקום באחד ממתקני הבדיקה של סיטל. החדר הדמה סביבה בגובה 200 ק"מ ואילו "מחולל זרימת חלקיקים" סיפק את המולקולות המתקרבות במהירות גבוהה.
כדי לספק מבחן שלם יותר ולוודא שהמתח יתפקד בסביבה בלחץ נמוך, הצוות התחיל בהצתתו בעזרת קסנון מונע. וולפ הסביר:
"במקום פשוט למדוד את הצפיפות המתקבלת אצל הקולט כדי לבדוק את עיצוב הצריכה, החלטנו לצרף מותחן חשמלי. בדרך זו הוכחנו שאנו אכן יכולים לאסוף ולדחוס את מולקולות האוויר לרמה בה יכול היה להתרחש הצתה של הדחיפה, ולמדוד את הדחף בפועל. בהתחלה בדקנו שאפשר יהיה להצית שוב ושוב בעזרת קסנון שנאסף מחולל קרן החלקיקים. "
כצעד הבא, הצוות מחליף חלקית את קסנון בתערובת אוויר חנקן וחמצן כדי לדמות את האטמוספרה העליונה של כדור הארץ. כנקווה המנוע המשיך לירות, והדבר היחיד שהשתנה היה צבע הדחף.
"כאשר הצבע הכחול מבוסס קסנון של פלומת המנוע השתנה לסגול, ידענו שהצלחנו", אמר ד"ר וולפוט. "המערכת הוצתה לבסוף שוב ושוב אך ורק באמצעות מונע אטמוספרי כדי להוכיח את היתכנותו של המושג. תוצאה זו פירושה שהנעה חשמלית נושמת אוויר אינה עוד סתם תיאוריה אלא מושג עובד, מוחשי, מוכן לפיתוח, שישמש יום אחד כבסיס לשיעור משימות חדש. "
פיתוח דחפים חשמליים נושמי אוויר יכול לאפשר סוג לוויין חדש לחלוטין שיכול לפעול בשוליים של אטמוספריות מאדים, טיטאן וגופים במשך שנים בכל פעם. עם תוחלת חיים מהסוג הזה, לוויינים אלה יכולים לאסוף כמויות נתונים על תנאי המטאורולוגיה של הגופים הללו, השינויים העונתיים וההיסטוריה של האקלים שלהם.
לוויינים כאלה יעשו מאוד גם כשמדובר בתצפית על כדור הארץ. מכיוון שהם יוכלו לפעול בגבהים נמוכים מהמשימות הקודמות, ולא היו מוגבלים בכמות הדחף שהם יכולים לשאת, לוויינים המצוידים בדחפי אוויר נושמים יוכלו לפעול לפרקי זמן ארוכים. כתוצאה מכך הם יכלו להציע ניתוחים מעמיקים יותר על שינויי אקלים, ולעקוב מקרוב אחר דפוסים מטאורולוגיים, שינויים גיאולוגיים ואסונות טבע.
