NASA представляє революційну технологію двигуна для майбутніх космічних місій

Інноваційна технологія силової установки NASA сприяє дослідженню малих космічних кораблів і продовжує термін служби супутників, підтримуючи лідерство США в космічних технологіях.

NASA розробило передову технологію руху, щоб полегшити майбутні місії з дослідження планет за допомогою малих космічних апаратів. Ця технологія не тільки дозволить здійснювати нові типи планетарних наукових місій, один із комерційних партнерів NASA вже готується використовувати її для іншої мети — продовжити термін служби космічних апаратів, які вже знаходяться на орбіті. Виявлення можливості для промисловості використовувати цю нову технологію не тільки сприяє досягненню мети NASA щодо комерціалізації технології, це потенційно може створити шлях для NASA придбати цю важливу технологію в промисловості для використання в майбутніх планетарних місіях.

Нова технологія

Планетарні наукові місії з використанням невеликих космічних апаратів повинні будуть виконувати складні рухові маневри, такі як досягнення планетних швидкостей, захоплення орбіти тощо, що вимагають можливості зміни швидкості (delta-v), що значно перевищує типові комерційні потреби та поточний стан. Таким чином, технологія №1 для цих місій малих космічних кораблів — це електрична рухова система, яка може виконувати маневри з високою дельта-версією. Рухова система повинна працювати з низькою потужністю (до кіловат) і мати високу пропускну здатність палива (тобто здатність використовувати високу загальну масу палива протягом усього терміну служби), щоб забезпечити імпульс, необхідний для виконання цих маневрів.

Після багатьох років досліджень і розробок дослідники з дослідницького центру NASA Glenn Research Center (GRC) створили електричну рухову систему невеликого космічного корабля, щоб задовольнити ці потреби — двигун NASA-H71M на ефекті Холла потужністю до кіловат. Крім того, успішна комерціалізація цього нового двигуна незабаром забезпечить принаймні одне таке рішення, яке дозволить наступному поколінню малих наукових місій космічного корабля вимагати неймовірних 8 км/с дельта-версії. Цей технічний подвиг був досягнутий завдяки мініатюризації багатьох передових високопотужних технологій сонячної електричної тяги, розроблених протягом останнього десятиліття для таких застосувань, як Power and Propulsion Element Gateway, першої космічної станції людства навколо Місяця.

Переваги цієї технології для дослідження планет

Малі космічні кораблі, які використовують технологію електричної тяги NASA-H71M, зможуть самостійно маневрувати з низької навколоземної орбіти (LEO) на Місяць або навіть з геосинхронної пересадочної орбіти (GTO) на Марс . Ця можливість особливо примітна, оскільки можливості комерційного запуску LEO та GTO стали рутиною, а надлишкова потужність для запуску таких місій часто продається за низькою ціною для розгортання вторинних космічних апаратів. Здатність виконувати місії, які походять із цих навколоземних орбіт, може значно збільшити темп і знизити вартість наукових місій на Місяць і Марс.

Ця рушійна здатність також збільшить дальність дії вторинних космічних кораблів, які історично обмежувалися науковими цілями, які узгоджуються з траєкторією запуску основної місії. Ця нова технологія дозволить вторинним місіям суттєво відхилятися від траєкторії основної місії, що полегшить дослідження більш широкого кола наукових цілей.

Крім того, ці вторинні наукові місії космічного корабля зазвичай мали б лише короткий період часу для збору даних під час високошвидкісного прольоту повз віддаленого тіла. Ця більша рушійна здатність дозволить уповільнити та вийти на орбіту планетоїдів для довготривалих наукових досліджень.

Крім того, невеликі космічні кораблі, оснащені такою значною пропульсивною здатністю, будуть краще обладнані для керування пізніми змінами траєкторії запуску основної місії. Такі зміни часто є найвищим ризиком для наукових місій малих космічних апаратів з обмеженою бортовою пропульсивною здатністю, які залежать від початкової траєкторії запуску для досягнення наукової мети.

Комерційні програми

Мегасузір’я малих космічних кораблів, які зараз формуються на низьких навколоземних орбітах, зробили малопотужні двигуни Холла найпоширенішою електричною руховою системою, яка сьогодні використовується в космосі. Ці системи дуже ефективно використовують паливо, що дозволяє виводити на орбіту, сходити з орбіти та багато років уникати зіткнень і перефазувати. Однак економічна конструкція цих комерційних електричних силових установок неминуче обмежила їх термін служби, як правило, менш ніж кількома тисячами годин роботи, і ці системи можуть обробляти лише близько 10% або менше початкової маси малого космічного корабля в паливі.

Навпаки, планетарні наукові місії, які використовують технологію електричної силової установки NASA-H71M, можуть працювати протягом 15 000 годин і переробляти понад 30% початкової маси малого космічного корабля в паливо. Ця кардинальна здатність значно перевищує потреби більшості комерційних місій LEO і має високу вартість, що робить комерціалізацію таких програм малоймовірною. Тому NASA прагнуло і продовжує шукати партнерства з компаніями, які розробляють інноваційні концепції комерційних малих космічних кораблів із надзвичайно високою пропускною здатністю палива.

Одним із партнерів, який незабаром використовуватиме ліцензовану технологію електричного двигуна НАСА в комерційному застосуванні малих космічних кораблів, є SpaceLogistics, дочірня компанія Northrop Grumman, що повністю належить. Супутникова машина Mission Extension Pod (MEP) оснащена парою двигунів Холла Northrop Grumman NGHT-1X, конструкція яких заснована на NASA-H71M. Велика пропульсивна здатність невеликого космічного корабля дозволить йому вийти на геосинхронну навколоземну орбіту (GEO), де він буде встановлений на набагато більшому супутнику. Після встановлення MEP слугуватиме «реактивним двигуном», щоб продовжити термін служби космічного корабля щонайменше на шість років.

Зараз компанія Northrop Grumman проводить довготривале випробування на знос (LDWT) NGHT-1X у вакуумному цеху GRC 11, щоб продемонструвати його повну експлуатаційну здатність. LDWT фінансується компанією Northrop Grumman за угодою про космічний акт, яка повністю відшкодовується. Очікується, що перший космічний корабель MEP буде запущений у 2025 році, де вони продовжать термін служби трьох супутників зв’язку GEO.

Співпраця з промисловістю США для пошуку застосувань для малих космічних апаратів із пропульсивними вимогами, подібними до майбутніх планетарних наукових місій NASA, не лише підтримує промисловість США у збереженні світового лідера в комерційних космічних системах, але створює нові комерційні можливості для NASA придбати ці важливі технології, оскільки вони потрібні для планетарних місій. .

NASA продовжує вдосконалювати технології електричних силових установок H71M, щоб розширити спектр даних і документації, доступних для промисловості США з метою розробки подібних просунутих і високопродуктивних малопотужних електричних силових установок.