Инженерная модель Northrop Grumman NGHT-1X Двигатель на эффекте Холла, работающий в вакуумной установке 8 Исследовательского центра Гленна. Конструкция NGHT-1X основана на двигателе на эффекте Холла NASA-H71M. Кредит: Нортроп Грумман
НАСА разработало передовую технологию движения для облегчения будущих миссий по исследованию планет с использованием небольших космических кораблей. Мало того, что эта технология позволит проводить новые типы планетарных научных миссий, один из коммерческих партнеров НАСА уже готовится использовать ее для другой цели — для продления срока службы космических кораблей, которые уже находятся на орбите.
Выявление возможности для промышленности использовать эту новую технологию не только продвигает цель НАСА по коммерциализации технологий, но и потенциально может создать для НАСА путь к приобретению этой важной технологии у промышленности для использования в будущих планетарных миссиях.
Новая технология
Миссии по планетарным наукам с использованием небольших космических кораблей потребуются для выполнения сложных маневров, таких как достижение скоростей убегания планет, захват орбиты и т. д., которые требуют возможности изменения скорости (дельта-v), значительно превышающей типичные коммерческие потребности и текущее состояние. -современный. Таким образом, технология №1 для этих небольших миссий космических кораблей — это электрическая двигательная установка, которая может выполнять эти маневры с высокой дельтой v.
Двигательная установка должна работать с использованием малой мощности (субкиловатт) и иметь высокую пропускную способность топлива (т.е. способность использовать большую общую массу топлива в течение всего срока службы), чтобы обеспечить импульс, необходимый для выполнения этих маневров.
После многих лет исследований и разработок исследователи из Исследовательского центра Гленна НАСА (GRC) создали небольшую электрическую двигательную систему космического корабля для удовлетворения этих потребностей — субкиловаттный двигатель НАСА-H71M на эффекте Холла. Кроме того, успешная коммерциализация этого нового двигателя вскоре предоставит по крайней мере одно такое решение, позволяющее реализовать следующее поколение малых научных миссий космических кораблей, требующих ошеломляющей скорости delta-v до 8 км/с.
Этот технический подвиг был достигнут за счет миниатюризации многих передовых технологий мощного солнечного электродвижения, разработанных за последнее десятилетие для таких приложений, как силовой и двигательный элемент Gateway, первой космической станции человечества вокруг Луны.
Преимущества этой технологии для исследования планет
Малый космический корабль, использующий технологию электродвижения NASA-H71M, сможет самостоятельно маневрировать с низкой околоземной орбиты (НОО) на Луну или даже с геосинхронной переходной орбиты (ГТО) на Марс.
Эта возможность особенно примечательна, поскольку возможности коммерческих запусков на НОО и GTO стали обычным явлением, а избыточные стартовые мощности таких миссий часто продаются по низкой цене для развертывания вторичных космических кораблей. Возможность выполнять миссии, исходящие с этих околоземных орбит, может значительно увеличить частоту и снизить стоимость научных миссий на Луну и Марс.
Эта двигательная способность также увеличит радиус действия вторичных космических кораблей, которые исторически были ограничены научными целями, совпадающими с траекторией запуска основной миссии. Эта новая технология позволит второстепенным миссиям существенно отклоняться от траектории основной миссии, что облегчит исследование более широкого круга научных целей.
Слева: двигатель НАСА-H71M на эффекте Холла на опорном стенде 8 вакуумной установки Исследовательского центра Гленна. Справа: доктор Джонатан Макки настраивает упорный стенд перед закрытием и откачкой испытательного стенда. Кредит: НАСА
Кроме того, эти вторичные научные миссии космических кораблей обычно имеют лишь короткий период времени для сбора данных во время высокоскоростного пролета далекого тела. Эта большая двигательная способность позволит замедляться и выводить на орбиту планетоиды для долгосрочных научных исследований.
Кроме того, небольшие космические корабли, оснащенные такой значительной двигательной способностью, будут лучше оснащены для управления изменениями траектории запуска основной миссии на поздних стадиях. Такие изменения часто представляют собой главный риск для небольших научных миссий космических кораблей с ограниченными бортовыми двигательными возможностями, которые зависят от начальной траектории запуска для достижения своей научной цели.
Коммерческие приложения
Мегасозвездия небольших космических аппаратов, формирующиеся сейчас на низких околоземных орбитах, сделали маломощные двигатели на эффекте Холла самой распространенной электрической двигательной системой, используемой сегодня в космосе. Эти системы очень эффективно используют топливо, что позволяет выводить на орбиту, сводить ее с орбиты, а также в течение многих лет избегать столкновений и менять фазировку.
Однако экономичная конструкция этих коммерческих электрических двигательных установок неизбежно ограничивает их срок службы до нескольких тысяч часов работы, и эти системы могут перерабатывать в топливо только около 10% или меньше от начальной массы небольшого космического корабля.
Напротив, планетарные научные миссии, использующие технологию электрической двигательной установки NASA-H71M, могут работать в течение 15 000 часов и перерабатывать более 30% начальной массы небольшого космического корабля в топливо.
Эта революционная возможность выходит далеко за рамки потребностей большинства коммерческих миссий на НОО и требует дополнительных затрат, что делает коммерциализацию таких приложений маловероятной. Поэтому НАСА искало и продолжает искать партнерские отношения с компаниями, разрабатывающими инновационные концепции коммерческих миссий малых космических аппаратов с необычно большими требованиями к производительности топлива.
Одним из партнеров, который вскоре будет использовать лицензированную НАСА технологию электродвижения в коммерческом малом космическом корабле, является SpaceLogistics, дочерняя компания Northrop Grumman. Транспортное средство обслуживания спутников Mission Extension Pod (MEP) оснащено парой двигателей на эффекте Холла Northrop Grumman NGHT-1X, конструкция которых основана на конструкции NASA-H71M.
Большая двигательная способность небольшого космического корабля позволит ему достичь геостационарной околоземной орбиты (GEO), где он будет установлен на гораздо более крупном спутнике. После установки MEP будет служить в качестве «реактивного ранца», продлевая срок службы базового космического корабля как минимум на шесть лет.
Northrop Grumman в настоящее время проводит испытания на длительный износ (LDWT) NGHT-1X в вакуумной установке 11 GRC, чтобы продемонстрировать его работоспособность в течение всего срока службы. LDWT финансируется компанией Northrop Grumman на основе полностью возмещаемого Соглашения о Космическом законе. Ожидается, что первый космический корабль MEP будет запущен в 2025 году и продлит срок службы трех спутников связи GEO.
Сотрудничество с промышленностью США в поиске вариантов применения малых космических аппаратов с требованиями к двигательной установке, аналогичными будущим миссиям НАСА по планетарным наукам, не только поддерживает промышленность США в сохранении мирового лидера в коммерческих космических системах, но и создает для НАСА новые коммерческие возможности для приобретения этих важных технологий, поскольку они требуются планетарным миссиям. .
НАСА продолжает совершенствовать технологии электродвижения H71M, чтобы расширить диапазон данных и документации, доступных для промышленности США, с целью разработки столь же продвинутых и высокопроизводительных маломощных электродвигателей.
