Когато става въпрос за бъдещето на изследването на космоса, се изследват редица нови технологии. На първо място сред тях са новите форми на задвижване, които ще могат да балансират горивната ефективност с мощността. Не само, че двигателите, които са способни да постигнат голяма тяга, използвайки по-малко гориво, ще бъдат рентабилни, те ще могат да превозват астронавти до дестинации като Марс и извън него за по-малко време.
Тук се намесват двигатели като тласкащото устройство с ефект на Хол X3. Това тласкащо устройство, което се разработва от изследователския център Glenn на НАСА съвместно с военновъздушните сили на САЩ и Университета на Мичиган, е увеличен модел на видовете тласкащи устройства, използвани от Зоракосмически кораб . По време на а скорошен тест , това тласкащо устройство разби предишния рекорд за тласкащо устройство с ефект на Хол, постигайки по-висока мощност и превъзходна тяга.
Двигателите с ефект на Хол спечелиха благосклонност сред планиращите мисии през последните години поради изключителната си ефективност. Те функционират, като превръщат малки количества пропелант (обикновено инертни газове като ксенон) в заредена плазма с електрически полета, която след това се ускорява много бързо с помощта на магнитно поле. В сравнение с химическите ракети, те могат да постигнат максимална скорост, използвайки малка част от горивото си.
Концепцията на художника за мисия Dawn, използваща своя двигател със сини йони, за да достигне Церера в далечината. Кредит: НАСА/JPL
Въпреки това, основно предизвикателство досега беше изграждането на тласкащо устройство с ефект на Хол, което също може да постигне високи нива на тяга. Докато горивно ефективни, конвенционалните йонни двигатели обикновено произвеждат само част от тягата, произведена от ракети, които разчитат на твърди химически горива. Ето защо НАСА разработва увеличения модел X3 тласкащо устройство съвместно със своите партньори.
Развитието на тласкащото устройство е наблюдавано от Алек Галимор, професор по аерокосмическо инженерство и Робърт Дж. Влашич декан на инженерството в Университета на Мичиган. Както той посочи в скорошен Michigan News изявление за пресата :
„Мисиите на Марс са едва на хоризонта и вече знаем, че тласкачите на Хол работят добре в космоса. Те могат да бъдат оптимизирани или за пренасяне на оборудване с минимална енергия и гориво в продължение на около година, или за скорост – пренасяне на екипажа до Марс много по-бързо.
При последните тестове X3 разби предишния рекорд за тяга, поставен от тласкащо устройство на Хол, постигайки 5,4 нютона сила в сравнение със стария рекорд от 3,3 нютона. X3 също така повече от удвои работния ток (250 ампера срещу 112 ампера) и работи с малко по-висока мощност от предишния рекордьор (102 киловата срещу 98 киловата). Това беше окуражаваща новина, тъй като това означава, че двигателят може да предложи по-бързо ускорение, което означава по-кратко време за пътуване.
Скот Хол прави някои последни настройки на тласкащото устройство преди началото на теста. Кредит: НАСА
Тестът е проведен от Скот Хол и Хани Камхауи в изследователския център на НАСА Глен в Кливланд. Докато Хол е докторант по аерокосмическо инженерство в U-M, Kamhawi е изследовател на НАСА Glenn, който е участвал силно в разработването на X3. В допълнение, Камхауи е и ментор на Хол на НАСА, като част от Стипендия за изследване на космическите технологии на НАСА (NSTRF).
Този тест беше кулминацията на повече от пет години изследвания, които се стремяха да подобрят настоящите проекти с ефект на Хол. За да проведе теста, екипът разчита на вакуумната камера на НАСА Глен, която в момента е единствената камера в САЩ, която може да се справи с тласкащото устройство X3. Това се дължи на огромното количество отработени газове, което произвежда тласкащото устройство, което може да доведе до дрейфиране на йонизиран ксенон обратно в плазмения струй, като по този начин изкривява резултатите от теста.
Настройката на НАСА Глен е единствената с вакуумна помпа, достатъчно мощна, за да създаде необходимите условия за поддържане на ауспуха чист. Хол и Камхауи също трябваше да изградят персонализирана опорна стойка, за да поддържат рамката на X3 от 227 кг (500 паунда) и да издържат на силата, която генерира, тъй като съществуващите стойки не отговаряха на задачата. След като осигури тестов прозорец, екипът прекара четири седмици в подготовка на стойката, тласкащото устройство и настройването на всички необходими връзки.
През цялото време изследователи, инженери и техници от НАСА бяха на разположение, за да предоставят подкрепа. След 20 часа изпомпване, за да се постигне космически вакуум вътре в камерата, Хол и Камхауи проведоха серия от тестове, при които двигателят щеше да работи в продължение на 12 часа наред. В продължение на 25 дни екипът доведе X3 до рекордните си нива на мощност, ток и тяга.
Страничен кадър на X3, стрелящ с 50 киловата. Кредит: НАСА
Гледайки напред, екипът планира да проведе повече тестове в лабораторията на Галимор в U-M, използвайки модернизирана вакуумна камера. Тези надстройки ще бъдат графици, които трябва да бъдат завършени до януари 2018 г. и ще позволят на екипа да провежда бъдещи тестове вътрешно. Това надграждане стана възможно благодарение на безвъзмездна помощ от 1 милион долара, предоставена отчасти от Службата за научни изследвания на ВВС, с допълнителна подкрепа, предоставена от Лабораторията за реактивно задвижване и U-M.
Захранващите устройства на X3 също се разработват от Aerojet Rocketdyne , базираният в Сакраменто производител на ракети и ракетни задвижвания, който също е водещ при отпускането на средства за задвижваща система от НАСА. До пролетта на 2018 г. се очаква двигателят да бъде интегриран с тези захранващи системи; в този момент серия от 100-часови тестове, които отново ще бъдат проведени в Glenn Research Center.
X3 е един от трите прототипа, които НАСА разследва за бъдещи мисии с екипаж до Марс, всички от които са предназначени да намалят времето за пътуване и да намалят необходимото количество гориво. Освен да направят подобни мисии по-рентабилни, намалените транзитни времена също имат за цел да намалят количеството радиация, на която астронавтите ще бъдат изложени, докато пътуват между Земята и Марс.
Проектът е финансиран от НАСА Следващи космически технологии за партньорство за изследване (Next-STEP), който поддържа не само задвижващи системи, но и системи за местообитания и производство в космоса.
Допълнителна информация: Мичиган новини
