Satellieten die in een zeer lage baan om de aarde opereren, kampen vaak met een beperkte levensduur door de constante noodzaak om brandstof te verbruiken tegen de luchtweerstand in. Een nieuwe technologische ontwikkeling vanuit de Universiteit van Stuttgart zou dit probleem kunnen oplossen door de atmosfeer zelf als energiebron te gebruiken.
De zogenaamde Very Low Earth Orbit (VLEO), die zich bevindt op een hoogte tussen de 100 en 450 kilometer, is een strategisch interessante zone. Volgens berichtgeving van universetoday.com biedt deze positie voordelen voor communicatieapparatuur en radarsystemen, omdat er minder energie nodig is om te functioneren. Bovendien kunnen camera's voor remote sensing scherpere beelden vastleggen. Een bijkomend voordeel is dat defecte satellieten in deze zone sneller door atmosferische wrijving verbranden, wat bijdraagt aan het verminderen van ruimteafval.
Het grootste obstakel in deze zone is echter de wrijving van de lucht, waardoor satellieten voortdurend stuwkracht moeten genereren om niet terug te vallen naar de aarde. Traditioneel gebeurt dit met dure edelgassen zoals Xenon, maar de beperkte hoeveelheid van deze brandstof aan boord bepaalt uiteindelijk de einddatum van een missie. Om deze afhankelijkheid te doorbreken, heeft Francesco Romano in het kader van zijn doctoraat gewerkt aan Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP). Zoals beschreven door , vangt dit systeem de ijle lucht aan de voorzijde van het vaartuig op, waarna de moleculen worden omgezet in plasma en met hoge snelheid worden uitgestoten om stuwkracht te creëren.
De praktische uitvoering van een dergelijk systeem is complex door de aanwezigheid van atomair zuurstof in de bovenste lagen van de atmosfeer. UV-straling splitst daar O2-moleculen in agressieve enkelvoudige zuurstofatomen. Deze atomen zijn extreem oxiderend en tasten essentiële onderdelen aan, zoals kathoden en versnellingsroosters. Een specifiek probleem is de neutralisatie van het ruimtevaartuig; zonder een functionerende elektronengun zou de satelliet elektrisch geladen raken, waardoor de uitgestoten deeltjes simpelweg terugkeren naar het toestel en de voortstuwing stopt.
Daarnaast is de luchtconcentratie in de VLEO onvoorspelbaar. De dichtheid varieert afhankelijk van de breedtegraad, de zonneactiviteit en de cyclus van dag en nacht. Dit maakt het lastig om een motor te ontwikkelen die onder alle omstandigheden een stabiele prestatie levert. Om deze corrosie en instabiliteit tegen te gaan, heeft Romano een Radio-Frequency (RF) Helicon Plasma Thruster ontworpen. Volgens is dit een contactloos ontwerp dat geen traditionele neutralisator behoeft, waardoor het systeem aanzienlijk beter bestand is tegen de schadelijke effecten van atomair zuurstof.
Om de efficiëntie van de motor te verhogen, is het systeem gekoppeld aan een geoptimaliseerde luchtinlaat. Voor de technische realisatie van de RF-motor is gebruikgemaakt van een zogenaamde "birdcage-antenne", een techniek die oorspronkelijk is afgeleid van MRI-scanners. De volledige wetenschappelijke onderbouwing van dit project is terug te vinden in de PhD-thesis van Romano, die via het archief van arXiv is gepubliceerd. Deze innovatie, zoals verder toegelicht door , opent de deur naar satellieten die onafhankelijk zijn van meegevoerde brandstofvoorraden en hun positie in de ruimte kunnen behouden door simpelweg de omringende lucht te benutten.