将来の宇宙探査において、最大の課題の1つは、燃費を確保しながらパフォーマンスを最大化できるエンジンを開発することです。これにより、個々のミッションのコストが削減されるだけでなく、ロボット宇宙船（さらには宇宙船）が燃料補給することなく宇宙で長期間動作できることが保証されます。
近年、この課題によりいくつかの真に革新的なコンセプトが生まれました。そのうちの1つは最近ESAチームによって初めて構築およびテストされました。このエンジンのコンセプトは、大気の上部から希少な空気分子を「すくい取り」、推進剤として使用できる電気スラスタで構成されています。この開発は、一度に何年も惑星の周りの非常に低い軌道で動作することができるあらゆる種類の衛星に道を開くでしょう。
空気呼吸スラスタ（別名、ラム電気推進）のコンセプトは比較的単純です。つまり、エンジンはラムスクープ（星間水素を収集して燃料を供給する）やイオンエンジンと同じ原理で動作し、収集された粒子が帯電および排出されます。このようなエンジンは、惑星の大気の最上部を通過するときに大気中の分子を取り込むことにより、搭載された推進剤を廃止します。
このコンセプトは、2007年の第30回国際電気推進会議で発表された「低地球軌道運用のためのRAM電気推進：ESA調査」というタイトルの調査の主題でした。調査では、「低地球軌道衛星は大気にさらされる抗力、したがってその寿命は、現在の推進技術では、それを補うために運ぶことができる推進剤の量によって制限されます。」
また、この調査の著者は、高比推力の電気推進を使用する衛星が、長期間の低高度運転中の抗力をどのように補償できるかを示しました。しかし、彼らが結論付けているように、そのような使命はまたそれが運ぶことができる燃料の量に制限されるでしょう。これは、ESAの重力場と定常状態の海洋循環探査機（GOCE）重力マッピング衛星の場合は確かにそうでした。
GOCEは4年以上地球の軌道に留まり、高度250 km（155 mi）で動作しましたが、推進剤としてのキセノンの40 kg（88 lbs）の供給を使い果たした瞬間、その使命は終了しました。このように、大気分子を推進剤として利用する電気推進システムの概念も研究されてきた。 ESAのLouis Walpot博士がESAプレスリリースで説明したように：
「このプロジェクトは、標高約200 kmで地球の大気の最上部から空気分子を推進剤としてすくい上げるための斬新なデザインから始まり、通常の速度は7.8 km / sです。」
このコンセプトを発展させるために、イタリアの航空宇宙会社Sitaelとポーランドの航空宇宙会社QuinteScienceが協力して、新しいインテークおよびスラスタ設計を作成しました。 QuinteScienceが入ってくる大気中の粒子を収集して圧縮するインテークを構築したのに対し、Sitaelはこれらの粒子を帯電および加速して推力を発生させるデュアルステージスラスタを開発しました。
次に、チームはコンピューターシミュレーションを実行して、粒子がさまざまな摂取オプションでどのように動作するかを確認しました。しかし結局、彼らは、吸気とスラスタの組み合わせが一緒に機能するかどうかを確認するための模擬試験を実施することを選択しました。これを行うために、チームはシタエルのテスト施設の1つにある真空チャンバーでテストしました。チャンバーは高度200 kmの環境をシミュレートし、「粒子流発生器」が対向する高速分子を提供しました。
より完全なテストを提供し、スラスタが低圧環境で機能することを確認するために、チームはキセノン推進剤で点火することから始めました。ウォルポットは説明した：
「コレクターで結果として得られる密度を測定して吸気設計を確認するのではなく、電気スラスタを取り付けることにしました。このようにして、空気分子を実際に収集して圧縮し、スラスタ点火が行われるレベルまで圧縮し、実際の推力を測定できることを証明しました。最初に、スラスタが粒子ビーム発生器から集められたキセノンで繰り返し点火できることを確認しました。」
次のステップとして、チームはキセノンを部分的に窒素-酸素混合気に置き換えて、地球の上層大気をシミュレートします。期待通り、エンジンは点火し続け、変化したのは推力の色だけでした。
「エンジンプルームのキセノンベースの青色が紫色に変わったとき、私たちは成功したことを知っていました」とWalpot博士は述べました。 「このシステムは、コンセプトの実現可能性を証明するために、最終的に大気推進剤だけで繰り返し点火されました。この結果は、空気呼吸の電気推進がもはや単なる理論ではなく、いつか新しいクラスのミッションの基礎として役立つ、開発の準備が整った具体的で実用的な概念であることを意味します。」
空気呼吸型の電気スラスタの開発により、火星、タイタン、その他の大気圏の周辺で一度に何年も動作できるまったく新しいクラスの衛星が可能になる可能性があります。この種の運用寿命により、これらの衛星は、これらの天体の気象条件、季節変化、およびそれらの気候の履歴に関する大量のデータを収集する可能性があります。
そのような衛星は、地球の観測に関しても非常に役立ちます。彼らは以前のミッションよりも低い高度で動作することができ、彼らが運ぶことができる推進剤の量によって制限されないので、空気呼吸スラスタを装備した衛星は長期間動作することができました。その結果、気候変動に関するより詳細な分析を提供し、気象パターン、地質学的変化、自然災害をより綿密に監視できます。
