CLEVELAND (NASA PR) — Veien til Månen, Mars og videre vil kreve en flåte av romfartøyer i mange forskjellige former og størrelser, inkludert alt fra massive raketter som produserer millioner av pounds med skyvekraft til banebrytende små elektriske fremdriftsthrustere som passer inn i håndflaten din.
I flere tiår har innovatører ved NASAs Glenn Research Center utviklet store, kraftige elektrisk fremdrift (EP) systemer som utnytter kraften til solen for å aktivere inerte gasser og gjøre dem om til ekstremt effektiv skyvekraft. Høyere drivstoffeffektivitet betyr at det trengs mindre drivmiddel, noe som senker utskytningskostnadene samtidig som romfartøydesignere kan redusere totalvekten av romfartøyet for å bære mer nyttelastmasse, som teknologidemonstrasjoner eller kraftigere vitenskapelige instrumenter.
Byråets primære EP-innsats har sentrert seg om store lete- og vitenskapsoppdrag, som 7-kilowatt (kW) NESTE-C gitter-ion-system som for tiden flyr på Dobbel asteroide omdirigeringstest oppdrag og 12-kW Avansert elektrisk fremdriftssystem brukt på Power and Propulsion Element for NASAs romstasjon i bane rundt månen kjent som Inngangsport.
I løpet av de siste fem årene har imidlertid Small Spacecraft Electric Propulsion (SSEP)-prosjektet ved NASA Glenn fremmet høyytelses sub-kilowatt (<1-kW) Hall-effekt thruster- og kraftbehandlingsteknologier for å muliggjøre mindre romfartøyer. Ved å bruke mindre fartøyer – de som kan passe inn i bagasjerommet på bilen din i motsetning til størrelsen på bilen din – åpner byrået flere muligheter til å utføre ambisiøse romfartsoppdrag til en brøkdel av prisen.
I samarbeid med amerikansk industri har SSEP utviklet en lett thruster som er i stand til å drive et lite romfartøy fra Jorden til Månen, Mars og utover – et steg opp fra de fleste eksisterende laveffekts elektriske fremdriftssystemer produsert kommersielt for operasjoner med lav bane rundt jorden.
“Å skalere ned størrelsen og kraften til Hall-effekt thruster-teknologier, samtidig som den beholder eksepsjonell fremdriftsytelse, har vært en utfordring,” sier Gabriel Benavides, hovedingeniøren med SSEP-prosjektet ved NASA Glenn. “Det er som å be en bil i lekestørrelse kjøre på tvers av landet med samme rekkevidde og funksjonalitet som et personbil i full størrelse.”
Glenn-forskere har vært i stand til å miniatyrisere nøkkelteknologier for å lage de nye thrusterne. For eksempel bruker SSEP-fremdriftssystemene en optimert magnetfelttopologi og sentermontert katode, som opprinnelig ble utviklet for avanserte medium- og høyeffektapplikasjoner. Slike teknologier er nøkkelen til å oppnå ytelsen, den svært lange levetiden og drivstoffeffektiviteten som kreves for planetariske oppdrag.
Oppdragsutviklere ser for seg å distribuere små romfartøyer for alt fra en klynge av små, kretsende månekommunikasjonssatellitter til å videresende data fra måne-rovere og astronauter tilbake til jorden, til dype romfartsoppdrag til Venus, Mars, asteroider og til og med de ytre planetene.
“Dusinvis av små romfartøyer kan passe inn i nyttelastkappen til en enkelt stor kjemisk rakett som sendes ut i rommet,” forklarer Benavides. “Når de er utplassert, kan de alle være selvgående til forskjellige destinasjoner av interesse.”
Mens NASA ser på SSEP for å selvdrive små romfartøyer ut i verdensrommet, kan disse teknologiene brukes til kommersielle behov nærmere jorden. Kommersielle romrelaterte applikasjoner inkluderer justering av romfartøy i bane, romfartøyservice og oppdrag utover lav-jordbane til geosynkron bane eller til og med månen.
Under en forskningslisens med Glenn bruker Northrop Grumman NASAs designtegninger, materialspesifikasjoner og testdata for å utvikle utvalgte elektriske fremdriftsteknologier for deres kundesatellittsystemer.
“Vårt partnerskap med NASA har vært svært vellykket i ikke bare å utvikle og teste denne lille elektriske fremdriftsteknologien, men i å finne konkrete applikasjoner for den,” sa Mike Glogowski, Northrop Grumman Space Systems Fellow. “Denne nye funksjonen vil muliggjøre omfattende kommersielle nær-jorden-evner, inkludert utplassering og de-kretsing av små satellitter i lav-jordbane og stasjonshold og oppdragslevetidsforlengelse av satellitter i geosynkron bane.”
Selskapet tester for tiden sin egen variant av SSEP-systemet i Glenn’s Laboratorium for elektrisk kraft og fremdrift vakuumkamre i løpet av de neste to årene og håper å lansere sitt første oppdrag med denne teknologien i 2024.
SSEP-prosjektet er i fellesskap sponset av Northrup Grumman, NASAs Human Explorations and Operations Mission Directorate, Space Technology Mission Directorate og Science Mission Directorate.