Во время космической гонки ученые как в Соединенных Штатах, так и в Советском Союзе исследовали концепцию ионного движения. Как и многие ранние предложения космической эры, эта концепция изначально исследовалась такими светилами, как Константин Циолковский и Герман Оберт – двумя «праотцами ракетной техники». С тех пор технология неоднократно проверялась такими миссиями, как Глубокий космос-1 (DS-1) демонстратор технологий, ЕКА Смарт-1 лунный орбитальный аппарат JAXA Хаябуса и Хаябиса 2 спутники и НАСА Рассвет миссия.
Заглядывая в будущее освоения космоса, исследователи из Исследовательского центра Гленна НАСА (GRC) заняты разработкой ионного двигателя следующего поколения, который сочетает в себе исключительную топливную экономичность и высокое ускорение. Эти усилия привели к созданию двигателя на эффекте Холла НАСА-H71M мощностью субкиловатт, небольшой электрической двигательной системы космического корабля (SSEP), которая позволит осуществлять новые типы планетарных научных миссий. С помощью коммерческих партнеров, таких как SpaceLogistics, этот двигатель также будет использоваться для продления срока службы космических кораблей, которые уже находятся на орбите.
Исследование космоса и коммерческое освоение космоса выиграли от разработки небольших космических аппаратов и малых спутников. Эти миссии примечательны тем, что они экономически эффективны, поскольку для их запуска требуется меньше топлива, их можно развертывать в ходе атак и использовать преимущества совместного использования. Аналогичным образом, распространение небольших группировок спутников на низкой околоземной орбите (НОО) сделало маломощные двигатели на эффекте Холла сегодня наиболее распространенной электрической двигательной системой в космосе. Эти системы известны своей топливной экономичностью, что позволяет в течение многих лет совершать орбитальные маневры, корректировки и избегать столкновений.
Тем не менее, небольшие космические корабли должны будут иметь возможность выполнять сложные маневры, такие как достижение скорости отрыва, захват орбиты и другие маневры, требующие значительного ускорения (дельта-v). Тяга, необходимая для выполнения этих маневров, — 8 км/с (~5 миль в секунду) по дельта-v — выходит за рамки возможностей нынешних и коммерчески доступных двигательных технологий. Более того, недорогие коммерческие электрические двигательные установки имеют ограниченный срок службы и обычно перерабатывают лишь около 10% массы топлива небольшого космического корабля.
Аналогичным образом, вторичные космические корабли становятся все более распространенными благодаря ракетам с избыточной мощностью (что позволяет использовать программы совместного использования). Тем не менее, они обычно ограничиваются научными целями, которые соответствуют траектории основной миссии. Кроме того, второстепенные миссии обычно имеют ограниченное время для сбора данных во время высокоскоростных пролетов. Что необходимо, так это электрическая двигательная система, которая требует малой мощности (субкиловатт) и имеет большое количество топлива – это означает, что она способна использовать большое количество топлива в течение своего срока службы.
Чтобы удовлетворить этот спрос, инженеры НАСА в Гленне берут множество передовых мощных солнечных электроэнергетических элементов (SEP), разработанных за последнее десятилетие, и миниатюризируют их. Эти элементы были разработаны как часть архитектуры миссии НАСА от Луны до Марса, включая силовой и двигательный элемент (СИЗ) Лунного шлюза. Система SEP также была частью проекта Deep Space Transport (DST), транспортного средства, которое к 2040 году осуществит первые пилотируемые полеты на Марс. Однако ожидается, что система NASA-H71M окажет серьезное влияние на малые космические корабли. , расширяя профили и продолжительность миссий.
По данным НАСА, миссии с использованием системы NASA-H71M могут работать в течение 15 000 часов и перерабатывать в топливо более 30% начальной массы небольшого космического корабля. Эта система может увеличить дальность действия вторичных космических кораблей, позволяя им отклоняться от траектории основной миссии и исследовать более широкий круг научных целей. Позволяя космическим кораблям замедляться и выходить на орбиту, эта технология может увеличить продолжительность миссий и время, необходимое для изучения объектов.
Это также выходит за рамки потребностей большинства коммерческих миссий на НОО, и связанные с этим расходы обычно выше, чем требуют коммерческие миссии. Таким образом, НАСА продолжает искать партнерства с коммерческими разработчиками, работающими над небольшими коммерческими космическими кораблями с более амбициозными профилями миссий. Одним из таких партнеров является SpaceLogistics, дочерняя компания Northrop Grumman, которая предоставляет орбитальное спутниковое обслуживание операторам геосинхронных спутников, используя свой собственный Mission Extension Vehicle (MEV).
В основе этой машины лежат двигатели на эффекте Холла Northrop Grumman NGHT-1X, созданные на основе конструкции NASA-H71M. Эта двигательная способность позволит MEV достигать спутников на геосинхронной околоземной орбите (GEO), где он будет стыковаться со спутниками заказчика, продлевая их срок службы как минимум на шесть лет. В соответствии с Соглашением о космосе (SAA) компания Northrop Grumman проводит испытания на длительный износ (LDWT) в вакуумной установке 11 НАСА в Гленне. Ожидается, что первые три космических корабля MEP будут запущены в 2025 году и продлят срок службы трех спутников связи GEO.
Дальнейшее чтение: НАСА
