Франческо Романо зі Штутгартського університету зібрав і випробував плазмовий двигун, якому не потрібен ксенон: паливом йому служать ті самі молекули атмосфери, які гальмують супутник. Робота вийшла як докторська дисертація, препринт лежить на arXiv.
Дуже низька орбіта, 100–450 км, спокуслива з усіх боків: камери знімають краще, зв’язку й радару треба менше потужності, а мертві апарати атмосфера прибирає сама. Платня за це — постійна робота двигуна проти опору повітря. ESA-шний GOCE тримався на 224–300 км з 2009 по 2013 рік, доки не скінчився ксенон. Далі — падіння.
Головна перешкода для двигуна, який дихає атмосферою, — атомарний кисень. Ультрафіолет розбиває О2 на поодинокі агресивні атоми, і ті роз’їдають електроди, прискорювальні сітки й особливо катоди нейтралізатора. Без нейтралізатора апарат заряджається і сам притягує назад щойно викинуті іони, обнуляючи тягу. Тому Романо збудував ВЧ-геліконовий двигун без електродів і без нейтралізатора взагалі: соленоїд навколо камери виштовхує квазінейтральний струмінь, де є і позитивні, і негативні частинки.
Забірник він перебрав у трьох варіантах — воронка-пастка для молекул, компактний шестигранник із титанового сплаву з покриттям і дзеркальний параболічний відбивач з графітом або діоксидом кремнію. Переміг дзеркальний: 94.3% захоплених частинок і падіння ефективності лише на 8% при нахилі в 15°. Антену для розряду Романо взяв із медицини — конструкція типу «пташина клітка», як у МРТ, передає в двигун 99% підведеної потужності. У вакуумній камері зі штучною сумішшю атомарного кисню, аргону й азоту плазма горіла стабільно на 50–60 Вт.
За розрахунками, такий апарат міг би нескінченно триматися на 190–250 км, витрачаючи менше 1.6 кВт — це в межах звичайних сонячних панелей. Для Марса з його вуглекислим газом розрахунки дають ще нижчу межу: 120–160 км, набагато нижче за всі нинішні орбітальні апарати.
Сама ідея стара — повітрянодихаючий іонний двигун описали ще в магістерській роботі MIT 1995 року. Новим є працююча зв’язка забірника з двигуном, яка витримала випробування у вакуумній камері. Чи візьметься хтось доводити її до реальної місії — питання відкрите. У Redwire про таку концепцію вже казали, що вона «починає звучати як вічний двигун».