Jeśli chodzi o przyszłość eksploracji kosmosu, badanych jest szereg nowych technologii. Najważniejsze z nich to nowe formy napędu, które będą w stanie zrównoważyć wydajność paliwową z mocą. Silniki, które są w stanie osiągnąć duży ciąg przy mniejszym zużyciu paliwa, są nie tylko opłacalne, ale także w krótszym czasie będą w stanie przetransportować astronautów do miejsc takich jak Mars.
Tutaj do gry wkraczają silniki takie jak ster strumieniowy z efektem Halla X3. Ster strumieniowy, który jest opracowywany przez NASA Glenn Research Center we współpracy z US Air Force i University of Michigan, jest skalowanym modelem rodzajów silników odrzutowych używanych przez Świt statek kosmiczny. Podczas ostatniego testu pędnik ten pobił poprzedni rekord pędnika z efektem Halla, osiągając wyższą moc i lepszy ciąg.
Pędniki z efektem Halla zyskały w ostatnich latach przychylność planistów misji ze względu na ich niezwykłą wydajność. Działają poprzez zamianę niewielkich ilości gazu pędnego (zwykle gazów obojętnych, takich jak ksenon) w naładowaną plazmę z polami elektrycznymi, które następnie są bardzo szybko przyspieszane za pomocą pola magnetycznego. W porównaniu z rakietami chemicznymi mogą osiągać najwyższe prędkości, zużywając niewielką część paliwa.
Jednak do tej pory głównym wyzwaniem było zbudowanie pędnika z efektem Halla, który byłby w stanie osiągnąć również wysoki poziom ciągu. Choć są one wydajne pod względem zużycia paliwa, konwencjonalne silniki jonowe zwykle wytwarzają jedynie ułamek ciągu wytwarzanego przez rakiety, które opierają się na paliwach stałych o właściwościach chemicznych. Dlatego NASA opracowuje wraz ze swoimi partnerami sterowany strumieniowo model X3.
Prace nad sterami strumieniowymi nadzorował Alec Gallimore, profesor inżynierii lotniczej i dziekan inżynierii Roberta J. Vlasica z University of Michigan. Jak wskazał w ostatnim oświadczeniu prasowym Michigan News:
„Misje na Marsie są już na horyzoncie i już wiemy, że pędniki Halla działają dobrze w kosmosie. Można je zoptymalizować pod kątem przenoszenia sprzętu o minimalnej energii i miotaniu przez około rok lub prędkości - znacznie szybciej przenosząc załogę na Marsa. ”
W ostatnich testach X3 pobił poprzedni rekord ciągu ustawiony przez pędnik Halla, osiągając 5,4 niutonów siły w porównaniu ze starym rekordem 3,3 niutonów. X3 ponad dwukrotnie podwoił prąd roboczy (250 amperów w porównaniu do 112 amperów) i działał z nieco większą mocą niż poprzedni rekordzista (102 kilowaty w porównaniu do 98 kilowatów). To była zachęcająca wiadomość, ponieważ oznacza to, że silnik może zaoferować szybsze przyspieszenie, co oznacza krótszy czas podróży.
Test przeprowadzili Scott Hall i Hani Kamhawi w NASA Glenn Research Center w Cleveland. Podczas gdy Hall jest doktorantem inżynierii lotniczej na U-M, Kamhawi jest naukowcem NASA Glenn, który był mocno zaangażowany w rozwój X3. Ponadto Kamhawi jest również mentorem Halla NASA w ramach NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Test ten był zwieńczeniem ponad pięciu lat badań, które miały na celu ulepszenie obecnych projektów z efektem Halla. Aby przeprowadzić test, zespół polegał na komorze próżniowej NASA Glenn, która jest obecnie jedyną komorą w USA, która może obsługiwać ster strumieniowy X3. Wynika to z samej ilości spalin wytwarzanych przez ster strumieniowy, co może powodować dryfowanie zjonizowanego ksenonu z powrotem do pióra plazmy, a tym samym wypaczanie wyników testu.
Konfiguracja NASA Glenn jest jedyną z pompą próżniową wystarczająco mocną, aby stworzyć warunki niezbędne do utrzymania czystości spalin. Hall i Kamhawi musieli również zbudować niestandardowy stojak oporowy, aby podeprzeć ramę X3 o masie 227 kg (500 funtów) i wytrzymać siłę, którą wytwarza, ponieważ istniejące stojaki nie sprostały zadaniu. Po zabezpieczeniu okna testowego zespół spędził cztery tygodnie na przygotowaniu stanowiska, steru strumieniowego i skonfigurowaniu wszystkich niezbędnych połączeń.
Przez cały czas badacze, inżynierowie i technicy NASA byli pod ręką, aby zapewnić wsparcie. Po 20 godzinach pompowania w celu uzyskania próżni przypominającej przestrzeń w komorze Hall i Kamhawi przeprowadzili serię testów, w których silnik byłby uruchamiany przez 12 godzin z rzędu. W ciągu 25 dni zespół podniósł X3 do rekordowej mocy, prądu i ciągu.
Patrząc w przyszłość, zespół planuje przeprowadzić więcej testów w laboratorium Gallimore w U-M przy użyciu ulepszonej komory próżniowej. Uaktualnienia te będą miały zostać zakończone do stycznia 2018 r. I umożliwią zespołowi przeprowadzenie przyszłych testów we własnym zakresie. Ulepszenie to było możliwe dzięki dotacji w wysokości 1 miliona USD, wniesionej częściowo przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych, przy dodatkowym wsparciu Jet Propulsion Laboratory i U-M.
Zasilacze X3 są również opracowywane przez Aerojet Rocketdyne, producenta napędów rakietowych i rakietowych z Sacramento, który jest także liderem w dotacji na system napędowy z NASA. Oczekuje się, że do wiosny 2018 r. Silnik zostanie zintegrowany z tymi układami napędowymi; w tym momencie seria 100-godzinnych testów, które ponownie zostaną przeprowadzone w Glenn Research Center.
X3 to jeden z trzech prototypów, które NASA bada pod kątem przyszłych misji załogowych na Marsa, z których wszystkie mają skrócić czas podróży i zmniejszyć ilość potrzebnego paliwa. Oprócz zwiększenia opłacalności takich misji, skrócenie czasu tranzytu ma również na celu zmniejszenie ilości promieniowania, na jakie będą narażeni astronauci podczas podróży między Ziemią a Marsem.
Projekt jest finansowany przez NASA Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP), który obsługuje nie tylko systemy napędowe, ale także systemy siedliskowe i produkcję kosmiczną.
