Pokud jde o budoucnost vesmírného průzkumu, zkoumá se řada nových technologií. Mezi nimi jsou především nové formy pohonu, které budou schopny vyvážit spotřebu paliva a výkon. Nejen, že by motory, které jsou schopny dosáhnout velkého tahu za použití menšího množství paliva, byly nákladově efektivní, ale byly by schopny dopravit astronauty do destinací, jako je Mars a dále, za kratší dobu.
Zde přicházejí do hry motory, jako je tryskový motor X3 s Hallovým efektem. Tato tryska, kterou vyvíjí výzkumné centrum NASA Glenn Research Center ve spolupráci s americkým letectvem a Michiganskou univerzitou, je zvětšeným modelem typů trysek používaných Svítáníkosmická loď . Během a nedávný test , tato tryska překonala předchozí rekord trysky s Hallovým efektem a dosáhla vyššího výkonu a vynikajícího tahu.
Trysky s Hallovým efektem si v posledních letech získaly přízeň plánovačů misí kvůli jejich extrémní účinnosti. Fungují tak, že mění malá množství hnací látky (obvykle inertní plyny jako xenon) na nabitou plazmu s elektrickými poli, která je pak velmi rychle urychlována pomocí magnetického pole. Ve srovnání s chemickými raketami mohou dosáhnout nejvyšší rychlosti s použitím nepatrného zlomku paliva.
Umělecký koncept mise Dawn využívající svůj modrý iontový motor k dosažení Ceres v dálce. Poděkování: NASA/JPL
Doposud však hlavní výzvou bylo postavit trysku s Hallovým efektem, která je také schopna dosáhnout vysokých úrovní tahu. I když jsou konvenční iontové motory úsporné, obvykle produkují pouze zlomek tahu produkovaného raketami, které jsou závislé na pevných chemických pohonných hmotách. To je důvod, proč NASA ve spolupráci se svými partnery vyvíjí zvětšený model X3.
Na vývoj trysky dohlížel Alec Gallimore, profesor leteckého inženýrství a děkan inženýrství Robert J. Vlasic na University of Michigan. Jak naznačil v nedávných Michigan News tiskové prohlášení :
„Mise na Mars jsou teprve na obzoru a už víme, že Hallovy trysky fungují ve vesmíru dobře. Mohou být optimalizovány buď pro přepravu zařízení s minimální energií a pohonnou hmotou v průběhu zhruba jednoho roku, nebo pro rychlost – přepravu posádky na Mars mnohem rychleji.“
V nedávných testech X3 překonala předchozí rekord v tahu, který stanovila Hallova tryska, a dosáhla síly 5,4 newtonů ve srovnání se starým rekordem 3,3 newtonu. X3 také více než zdvojnásobil provozní proud (250 ampér vs. 112 ampér) a běžel s mírně vyšším výkonem než předchozí držitel rekordu (102 kilowattů vs. 98 kilowattů). To byla povzbudivá zpráva, protože to znamená, že motor může nabídnout rychlejší akceleraci, což znamená kratší cestovní časy.
Scott Hall před začátkem testu provede nějaké poslední úpravy na trysce. Kredit: NASA
Test provedli Scott Hall a Hani Kamhawi ve výzkumném centru NASA Glenn Research Center v Clevelandu. Zatímco Hall je doktorandem leteckého inženýrství na UM, Kamhawi je vědeckým pracovníkem NASA Glenn, který se významně podílel na vývoji X3. Kromě toho je Kamhawi také Hallovým mentorem NASA v rámci programu NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Tento test byl vyvrcholením více než pětiletého výzkumu, který se snažil vylepšit současné návrhy s Hallovým efektem. Při provádění testu se tým spoléhal na vakuovou komoru NASA Glenn, která je v současné době jedinou komorou v USA, která dokáže pracovat s tryskou X3. To je způsobeno obrovským množstvím výfukových plynů, které tryskáč produkuje, což může mít za následek unášení ionizovaného xenonu zpět do oblaku plazmy, což zkresluje výsledky testu.
Nastavení NASA Glenn je jediné s vakuovým čerpadlem dostatečně výkonným na to, aby vytvořilo podmínky nezbytné k udržení čistého výfuku. Hall a Kamhawi také museli postavit vlastní opěrný stojan, který by podepřel rám X3 o hmotnosti 227 kg (500 liber) a vydržel sílu, kterou generuje, protože stávající stojany na tento úkol nestačily. Po zajištění testovacího okna strávil tým čtyři týdny přípravou stojanu, trysky a nastavením všech nezbytných připojení.
Po celou dobu byli výzkumníci, inženýři a technici NASA připraveni poskytovat podporu. Po 20 hodinách čerpání k dosažení vakua podobného prostoru uvnitř komory Hall a Kamhawi provedli sérii testů, při kterých byl motor spuštěn po dobu 12 hodin v kuse. V průběhu 25 dnů tým přivedl X3 na rekordní úroveň výkonu, proudu a tahu.
Boční záběr na X3 střílející na 50 kilowattů. Kredit: NASA
Do budoucna tým plánuje provést další testy v Gallimoreově laboratoři v U-M pomocí vylepšené vakuové komory. Tyto upgrady mají být dokončeny do ledna 2018 a umožní týmu provádět budoucí interní testy. Tato modernizace byla umožněna díky grantu ve výši 1 milion USD, k němuž částečně přispěl Úřad pro vědecký výzkum letectva, s další podporou poskytnutou laboratoří Jet Propulsion Laboratory a UM.
Napájecí zdroje X3 jsou také vyvíjeny Aerojet Rocketdyne , výrobce raketových a raketových pohonů se sídlem v Sacramentu, který je také vedoucím grantem pro pohonný systém od NASA. Očekává se, že do jara 2018 bude motor integrován s těmito energetickými systémy; v tomto okamžiku proběhne série 100hodinových testů, které budou opět provedeny v Glenn Research Center.
X3 je jedním ze tří prototypů, které NASA zkoumá pro budoucí mise s posádkou na Mars, z nichž všechny mají zkrátit dobu cestování a snížit množství potřebného paliva. Kromě toho, že jsou takové mise nákladově efektivnější, mají zkrácené doby přechodu také snížit množství záření, kterému budou astronauti vystaveni při cestování mezi Zemí a Marsem.
Projekt je financován prostřednictvím NASA Partnerství příštích vesmírných technologií pro průzkum (Next-STEP), který podporuje nejen pohonné systémy, ale také systémy stanovišť a výrobu ve vesmíru.
Další čtení: Michigan News