Źródło zdjęcia: NASA / JPL
Nowy projekt silnika jonowego, rozważany w ramach misji NASA Jowisz Icy Księżyce Księżyca, został pomyślnie przetestowany. Był to pierwszy test wydajności ksenonowo-jonowego układu elektryczno-jądrowego, który wykorzysta reaktor jądrowy do wytworzenia energii elektrycznej dla silnika jonowego statku kosmicznego - poprzednie silniki jonowe, takie jak na Deep Space 1 i SMART-1, są zasilane energią słoneczną. Nowy silnik działał z 10-krotnością ciągu Deep Space 1 i powinien być w stanie pracować przez 10 lat; wystarczająco dużo czasu, aby odwiedzić każdy z lodowych księżyców Jowisza, które są potencjalnymi kandydatami na życie.
Nowy projekt silnika napędowego jonów, jedna z kilku kandydujących technologii napędowych badanych przez NASA Project Prometheus do ewentualnego zastosowania w proponowanej misji Jowisz Icy Księżyce Księżyca, została pomyślnie przetestowana przez zespół inżynierów w NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornia.
Wydarzenie to było pierwszym testem wydajności silnika jonowego Nuclear Electric Xenon Ion System (Nexis) w warunkach pracy o wysokiej wydajności, dużej mocy i ciągu, niezbędnych do zastosowania w napędach elektryczno-jądrowych. W tym teście silnik Nexis był zasilany przy użyciu komercyjnej energii elektrycznej. Silniki jonowe zastosowane w proponowanym statku kosmicznym Jowisz Icy Moons Orbiter czerpałyby swoją moc z pokładowego reaktora jądrowego. Silniki jonowe lub pędniki elektryczne napędzałyby orbitę wokół każdego z lodowych światów krążących wokół Jowisza - Ganymede, Callisto i Europy - w celu przeprowadzenia szczegółowej eksploracji ich makijażu, historii i możliwości podtrzymania życia.
„Już pierwszego dnia testów wydajności ster strumieniowy Nexis wykazał jedną z najwyższych wydajności spośród wszystkich testowanych silników strumieniowych z ksenonem”, powiedział dr James Polk, główny badacz silnika jonowego opracowywanego w JPL.
Test został przeprowadzony 12 grudnia w tej samej komorze próżniowej w JPL, gdzie na początku tego roku ster strumieniowy z zapasowym jonem Deep Space 1 ustanowił rekord wytrzymałości na cały czas wynoszący 30 352 godzin (prawie 3,5 roku) ciągłej pracy. Silnik Nexis działał na poziomie mocy ponad 20 kilowatów, prawie 10 razy większym niż w silniku Deep Space 1, co umożliwia większy ciąg i ostatecznie wyższe prędkości statku kosmicznego dla danej masy statku kosmicznego. Został zaprojektowany do przetwarzania dwóch ton metrycznych paliwa, 10 razy więcej niż silnik Deep Space 1, i działa przez 10 lat, dwa do trzech razy dłużej niż ster strumieniowy Deep Space 1.
Członkowie zespołu pracujący nad silnikiem Nexis pomogli również w opracowaniu pierwszego silnika jonowego, jaki kiedykolwiek odbył się w ramach bardzo udanej misji NASA Deep Space 1, która potwierdziła 12 zaawansowanych technologii wysokiego ryzyka, w tym zastosowanie pierwszego silnika jonowego w kosmosie.
„Ster strumieniowy Nexis jest większym, wydajniejszym potomkiem steru strumieniowego Deep Space 1, który osiąga swoje niezwykłe życie, zastępując metal używany wcześniej w kluczowych komponentach zaawansowanymi materiałami na bazie węgla” - powiedział Tom Randolph, kierownik programu Nexis w JPL . „Rewolucyjna wydajność steru strumieniowego wynika z szeroko zakrojonego procesu projektowania, w tym symulacji z wykorzystaniem szczegółowych modeli komputerowych opracowanych i zatwierdzonych za pomocą testu trwałości Deep Space 1 oraz innych danych testowych komponentów”.
W przeciwieństwie do krótkich, silnych poparzeń większości chemicznych silników rakietowych, które wykorzystują paliwa stałe lub płynne, silnik jonowy emituje jedynie delikatny niebieski blask elektrycznie naładowanych atomów ksenonu - ten sam gaz, który występuje w lampach błyskowych i wielu żarówkach latarni morskich. Ciąg z silnika jest tak delikatny, jak siła wywierana przez arkusz papieru trzymany w dłoni. Jednak na dłuższą metę silnik może dostarczyć 20 razy większy ciąg na kilogram paliwa niż tradycyjne rakiety.
Kluczem do technologii jonowej jest wysoka prędkość spalin. Silnik jonowy może pracować na kilkuset gramach paliwa dziennie, co czyni go lekkim. Mniejsza waga oznacza mniejszy koszt wystrzelenia, ale statek kosmiczny z napędem jonowym może lecieć znacznie szybciej i dalej niż jakikolwiek inny statek kosmiczny.
„Ten test, w połączeniu z ostatnim testem silnika jonowego o dużej mocy na napęd elektryczny w ośrodku badawczym NASA w Glenn Research Center, jest kolejnym przykładem postępu, jaki robimy w opracowywaniu technologii potrzebnych do wspierania flagowych misji eksploracji kosmosu w całym Układzie Słonecznym i poza nim ”- powiedział Alan Newhouse, dyrektor Projektu Prometheus. „Rzuciliśmy wyzwanie naszemu zespołowi trudnymi celami związanymi z wydajnością, a oni pokazują, że potrafią być kreatywni w pokonywaniu wyzwań technicznych.”
Projekt Prometheus NASA dokonuje strategicznych inwestycji w kosmiczne technologie rozszczepienia jądrowego i napędu elektrycznego, które umożliwiłyby nową klasę misji do zewnętrznego Układu Słonecznego, o możliwościach znacznie wykraczających poza te możliwe przy obecnych systemach zasilania i napędu. Pierwsza taka badana misja, Jowiszowy Lodowy Orbiter, miałby wystartować w następnej dekadzie i zapewnić NASA znacznie ulepszone możliwości naukowe i telekomunikacyjne oraz opcje projektowania misji. Zamiast generować tylko setki watów energii elektrycznej, takich jak misje Cassini lub Galileo, które wykorzystywały termoelektryczne generatory radioizotopowe, Jowiszowy Lodowy Orbiter Jupiter mógł mieć do dziesiątek tysięcy watów mocy, zwiększając wielokrotnie potencjalny zwrot nauki.
Rozwój silnika jonowego Nexis jest prowadzony przez zespół inżynierów z JPL; Aerojet, Redmond, Wash .; Boeing Electron Dynamic Devices, Torrance, Kalifornia; NASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala .; Colorado State University, Fort Collins, Colo .; Georgia Institute of Technology, Atlanta, Ga .; oraz Aerospace Corporation, Los Angeles, Kalifornia.
Więcej informacji na temat projektu Prometheus w Internecie można znaleźć na stronie: http://spacescience.nasa.gov/missions/prometheus.htm.
Informacje na temat proponowanej misji Jowisz Icy Księżyce Księżyca są dostępne na stronie: NASA Jimo MIssion.
Oryginalne źródło: NASA / JPL News Release
