_ Impingerea limitele tehnologiei de propulsie electrică sub-kilowați pentru conceptele misiunilor spațiale

NASA a dezvoltat o tehnologie avansată de propulsie pentru a facilita viitoarele misiuni de explorare planetară folosind nave spațiale mici. Această tehnologie nu numai că va permite noi tipuri de misiuni științifice planetare, dar unul dintre partenerii comerciali ai NASA se pregătește deja să o folosească în alt scop - pentru a prelungi durata de viață a navelor spațiale care sunt deja pe orbită.

Identificarea oportunității. pentru ca industria să folosească această nouă tehnologie nu numai că avansează obiectivul NASA de comercializare a tehnologiei, ci ar putea crea o cale pentru ca NASA să achiziționeze această tehnologie importantă de la industrie pentru a fi utilizată în viitoarele misiuni planetare.

Misiuni științifice planetare folosind mici dimensiuni. navele spațiale vor trebui să efectueze manevre de propulsie provocatoare - cum ar fi atingerea vitezelor de evacuare planetare, captarea orbitei și altele - care necesită o capacitate de schimbare a vitezei (delta-v) cu mult peste nevoile comerciale tipice și starea actuală a... artă. Prin urmare, tehnologia nr. 1 pentru aceste misiuni de nave spațiale mici este un sistem de propulsie electric care poate executa aceste manevre cu delta-v mare.

Sistemul de propulsie trebuie să funcționeze folosind o putere mică (sub-kilowatt) și să aibă debitul mare de propulsor (adică capacitatea de a utiliza o masă totală mare de propulsor pe durata de viață) pentru a permite impulsul necesar pentru a executa aceste manevre.

După mulți ani de cercetare și dezvoltare, cercetătorii de la NASA Glenn Centrul de Cercetare (GRC) a creat un mic sistem de propulsie electrică pentru nave spațiale pentru a satisface aceste nevoi - propulsorul cu efect Hall de sub-kilowați NASA-H71M. În plus, comercializarea cu succes a acestui nou propulsor va oferi în curând cel puțin o astfel de soluție pentru a permite următoarea generație de misiuni științifice de mici nave spațiale care necesită până la 8 km/s de delta-v.

Acest lucru. Performanța tehnică a fost realizată prin miniaturizarea multor tehnologii avansate de propulsie solară electrică de mare putere dezvoltate în ultimul deceniu pentru aplicații precum Elementul de putere și propulsie al Gateway, prima stație spațială a umanității în jurul Lunii.

Mic. navele spațiale care utilizează tehnologia de propulsie electrică NASA-H71M vor putea manevra independent de pe orbita joasă a Pământului (LEO) la Lună sau chiar de pe o orbită de transfer geosincronă (GTO) pe Marte.

Această capacitate este în special remarcabil deoarece oportunitățile de lansare comercială pentru LEO și GTO au devenit o rutină, iar capacitatea de lansare în exces a unor astfel de misiuni este adesea vândută la costuri reduse pentru a desfășura nave spațiale secundare. Capacitatea de a desfășura misiuni care provin din aceste orbite apropiate de Pământ poate crește foarte mult cadența și poate reduce costul misiunilor științifice lunare și pe Marte.

Această capacitate de propulsie va crește, de asemenea, raza de acțiune a navelor spațiale secundare, care au a fost limitat din punct de vedere istoric la ținte științifice care se aliniază cu traiectoria de lansare a misiunii primare. Această nouă tehnologie va permite misiunilor secundare să devieze substanțial de la traiectoria misiunii primare, ceea ce va facilita explorarea unei game mai largi de ținte științifice.

În plus, aceste misiuni științifice secundare ale navelor spațiale ar avea de obicei doar o perioadă scurtă de timp. de timp pentru a colecta date în timpul unui zbor de mare viteză a unui corp îndepărtat. Această capacitate de propulsie mai mare va permite decelerația și inserarea orbitală la planetoide pentru studii științifice pe termen lung.

În plus, navele spațiale mici echipate cu o astfel de capacitate de propulsie semnificativă vor fi mai bine echipate pentru a gestiona schimbările din stadiul târziu ale misiunii primare. traiectoria de lansare. Astfel de schimbări reprezintă adesea un risc major pentru misiunile științifice ale navelor spațiale mici cu capacitate de propulsie limitată la bord, care depind de traiectoria inițială de lansare pentru a-și atinge ținta științifică.

Megaconstelațiile de nave spațiale mici care se formează acum pe orbite joase ale Pământului au făcut din propulsoarele cu efect Hall de putere redusă cel mai abundent sistem de propulsie electrică folosit în spațiu astăzi. Aceste sisteme folosesc propulsorul foarte eficient, ceea ce permite inserarea, deorbitarea pe orbită și mulți ani de evitare a coliziunilor și re-fazare.

Cu toate acestea, designul atent al costurilor a acestor sisteme comerciale de propulsie electrică a avut inevitabil și-au limitat capacitatea de viață la mai puțin de câteva mii de ore de funcționare, iar aceste sisteme pot procesa doar aproximativ 10% sau mai puțin din masa inițială a unei nave spațiale mici în combustibil.

În schimb, misiunile științifice planetare beneficiază de Tehnologia sistemului de propulsie electrică NASA-H71M ar putea funcționa timp de 15.000 de ore și ar putea procesa mai mult de 30% din masa inițială a navei spațiale mici în combustibil.

Această capacitate de schimbare a jocului depășește cu mult nevoile majorității misiunilor comerciale LEO și are un cost suplimentar care face improbabilă comercializarea pentru astfel de aplicații. Prin urmare, NASA a căutat și continuă să caute parteneriate cu companii care dezvoltă concepte inovatoare de misiuni comerciale de nave spațiale mici, cu cerințe neobișnuit de mari de debit al propulsorului.

Un partener care va folosi în curând tehnologia de propulsie electrică licențiată NASA într-o aplicație comercială pentru nave spațiale mici. este SpaceLogistics, o subsidiară deținută în totalitate de Northrop Grumman. Vehiculul de service prin satelit Mission Extension Pod (MEP) este echipat cu o pereche de propulsoare cu efect Hall Northrop Grumman NGHT-1X, al căror design se bazează pe NASA-H71M.

Capacitatea de propulsie mare a navei spațiale mici va îi permit să ajungă pe orbita Pământului geosincronă (GEO) unde va fi montat pe un satelit mult mai mare. Odată instalat, MEP va servi drept „pachet cu jet de propulsie” pentru a prelungi durata de viață a navei spațiale gazdă cu cel puțin șase ani.

Northrop Grumman efectuează în prezent un test de uzură de lungă durată (LDWT) al NGHT-1X în instalația de vid GRC 11 pentru a-și demonstra capacitatea operațională pe toată durata de viață. LDWT este finanțat de Northrop Grumman printr-un acord Space Act rambursabil integral. Se așteaptă ca prima navă spațială MEP să fie lansată în 2025, unde va prelungi durata de viață a trei sateliți de comunicații GEO.

Colaborând cu industria din SUA pentru a găsi aplicații pentru nave spațiale mici cu cerințe de propulsie similare cu viitoarele misiuni NASA de știință planetară, care nu sprijină doar industria din SUA pentru a rămâne lider global în sistemele spațiale comerciale, dar creează noi oportunități comerciale pentru ca NASA să achiziționeze aceste tehnologii importante, deoarece misiunile planetare le solicită.

NASA continuă să maturizeze tehnologiile de propulsie electrică H71M pentru a extinde gamă de date și documentație disponibile industriei americane în scopul dezvoltării dispozitivelor de propulsie electrică de putere redusă, la fel de avansate și de înaltă capacitate.

(Fluierul)