Όσον αφορά το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος, διερευνάται μια σειρά νέων τεχνολογιών. Κυρίως μεταξύ αυτών είναι νέες μορφές πρόωσης που θα είναι σε θέση να εξισορροπήσουν την απόδοση καυσίμου με την ισχύ. Όχι μόνο οι κινητήρες που είναι σε θέση να επιτύχουν μεγάλη ώθηση χρησιμοποιώντας λιγότερα καύσιμα θα είναι οικονομικά αποδοτικοί, θα μπορούν επίσης να μεταφέρουν αστροναύτες σε προορισμούς όπως ο Άρης και πέραν αυτού σε λιγότερο χρόνο.
Εδώ μπαίνουν κινητήρες όπως το X3 Hall-effect thruster. Αυτό το προωθητικό πρόγραμμα, το οποίο αναπτύσσεται από το Κέντρο Έρευνας Glenn της NASA σε συνεργασία με την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ και το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, είναι ένα κλιμακωτό μοντέλο των ειδών προωθητών που χρησιμοποιεί η Αυγή διαστημόπλοιο. Κατά τη διάρκεια μιας πρόσφατης δοκιμής, αυτό το ριμπάουντ κατέστρεψε το προηγούμενο ρεκόρ για ένα Thruster εφέ Hall, επιτυγχάνοντας υψηλότερη ισχύ και ανώτερη ώθηση.
Τα προωθητικά εφέ Hall έχουν επωφεληθεί από τους σχεδιαστές αποστολών τα τελευταία χρόνια λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης. Λειτουργούν μετατρέποντας μικρές ποσότητες προωθητικού (συνήθως αδρανή αέρια όπως ξένον) σε φορτισμένο πλάσμα με ηλεκτρικά πεδία, το οποίο στη συνέχεια επιταχύνεται πολύ γρήγορα χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο. Σε σύγκριση με τους χημικούς πυραύλους, μπορούν να επιτύχουν κορυφαίες ταχύτητες χρησιμοποιώντας ένα μικρό κλάσμα του καυσίμου τους.
Ωστόσο, μια σημαντική πρόκληση μέχρι στιγμής είναι η δημιουργία ενός προωθητήρα Hall-effect που μπορεί να επιτύχει επίσης υψηλά επίπεδα ώθησης. Ενώ εξοικονομούν καύσιμα, οι συμβατικοί κινητήρες ιόντων παράγουν συνήθως μόνο ένα κλάσμα της ώσης που παράγεται από πυραύλους που βασίζονται σε στερεά-χημικά προωθητικά. Ως εκ τούτου, η NASA ανέπτυξε το κλιμακωτό μοντέλο X3 thruster σε συνεργασία με τους συνεργάτες της.
Η ανάπτυξη του thruster επιβλέπεται από τον Alec Gallimore, καθηγητή της αεροδιαστημικής μηχανικής και τον Robert J. Vlasic Dean of Engineering στο Πανεπιστήμιο του Michigan. Όπως ανέφερε σε πρόσφατη δήλωση τύπου του Michigan News:
«Οι αποστολές του Άρη βρίσκονται στον ορίζοντα και ήδη γνωρίζουμε ότι οι προωθητές Hall λειτουργούν καλά στο διάστημα. Μπορούν να βελτιστοποιηθούν είτε για μεταφορά εξοπλισμού με ελάχιστη ενέργεια και προωθητικό μέσα σε ένα χρόνο περίπου, είτε για ταχύτητα - μεταφέροντας το πλήρωμα στον Άρη πολύ πιο γρήγορα. "
Σε πρόσφατες δοκιμές, το X3 κατέστρεψε το προηγούμενο ρεκόρ ώσης που έθεσε ένα Hall thruster, επιτυγχάνοντας 5,4 newtons δύναμης σε σύγκριση με το παλιό ρεκόρ των 3,3 newton. Το X3 επίσης διπλασίασε το ρεύμα λειτουργίας (250 αμπέρ έναντι 112 αμπέρ) και έτρεξε με ελαφρώς υψηλότερη ισχύ από τον προηγούμενο κάτοχο ρεκόρ (102 κιλοβάτ έναντι 98 κιλοβάτ). Αυτό ήταν ενθαρρυντικό νέο, καθώς σημαίνει ότι ο κινητήρας μπορεί να προσφέρει ταχύτερη επιτάχυνση, που σημαίνει μικρότερους χρόνους ταξιδιού.
Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε από τους Scott Hall και Hani Kamhawi στο Κέντρο Έρευνας της NASA Glenn στο Κλίβελαντ. Ενώ ο Hall είναι διδακτορικός φοιτητής στην αεροδιαστημική μηχανική στο U-M, ο Kamhawi είναι ερευνητής επιστήμονας της NASA Glenn, ο οποίος έχει εμπλακεί σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη του X3. Επιπλέον, ο Kamhawi είναι επίσης μέντορας του Hall της NASA, ως μέρος της NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Αυτό το τεστ ήταν το αποκορύφωμα περισσότερων από πέντε ετών έρευνας που προσπάθησαν να βελτιώσουν τα τρέχοντα σχέδια Hall-effect Για τη διεξαγωγή της δοκιμής, η ομάδα βασίστηκε στον θάλαμο κενού της NASA Glenn, ο οποίος είναι σήμερα ο μόνος θάλαμος στις ΗΠΑ που μπορεί να χειριστεί το προωθητήρα X3. Αυτό οφείλεται στην τεράστια ποσότητα καυσαερίων που παράγει ο προωθητής, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε ιονισμένο ξένιο να επιστρέψει στο λοφίο του πλάσματος, παρακάμπτοντας έτσι τα αποτελέσματα των δοκιμών.
Η εγκατάσταση της NASA Glenn είναι η μόνη με αντλία κενού αρκετά ισχυρή ώστε να δημιουργεί τις απαραίτητες συνθήκες για να διατηρεί την εξάτμιση καθαρή. Ο Hall και ο Kamhawi έπρεπε επίσης να χτίσουν μια προσαρμοσμένη βάση ώσης για να υποστηρίξουν το πλαίσιο των 227 kg (500 λίβρες) του X3 και να αντέξουν τη δύναμη που δημιουργεί, καθώς οι υπάρχουσες βάσεις δεν ανταποκρίνονταν στο έργο. Αφού εξασφάλισε ένα δοκιμαστικό παράθυρο, η ομάδα πέρασε τέσσερις εβδομάδες για να προετοιμάσει το περίπτερο, το προωθητήρα και να δημιουργήσει όλες τις απαραίτητες συνδέσεις.
Όλο το διάστημα, ερευνητές, μηχανικοί και τεχνικοί της NASA ήταν διαθέσιμοι για να παρέχουν υποστήριξη. Μετά από 20 ώρες άντλησης για να επιτύχει ένα κενό σαν χώρο μέσα στον θάλαμο, οι Hall και Kamhawi πραγματοποίησαν μια σειρά δοκιμών όπου ο κινητήρας θα πυροδοτούσε για 12 ώρες κατ 'ευθείαν. Κατά τη διάρκεια των 25 ημερών, η ομάδα έφερε το X3 στα επίπεδα ρεκόρ ισχύος, τρέχον και ώσης.
Κοιτώντας μπροστά, η ομάδα σκοπεύει να πραγματοποιήσει περισσότερες δοκιμές στο εργαστήριο του Gallimore στο U-M χρησιμοποιώντας έναν αναβαθμισμένο θάλαμο κενού. Αυτές οι αναβαθμίσεις θα είναι προγραμματισμένες να ολοκληρωθούν έως τον Ιανουάριο του 2018 και θα επιτρέψουν στην ομάδα να διεξάγει μελλοντικές δοκιμές εσωτερικά. Αυτή η αναβάθμιση έγινε δυνατή χάρη στην επιχορήγηση ύψους 1 εκατομμυρίου δολαρίων ΗΠΑ, που συνεισφέρθηκε εν μέρει από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας Πολεμικής Αεροπορίας, με πρόσθετη υποστήριξη από το Jet Propulsion Laboratory και την U-M
Τα τροφοδοτικά του X3 αναπτύσσονται επίσης από την Aerojet Rocketdyne, τον κατασκευαστή πυραύλων και πυραύλων με έδρα το Σακραμέντο, που είναι επίσης το προβάδισμα στην επιχορήγηση του συστήματος προώθησης από τη NASA. Μέχρι την άνοιξη του 2018, ο κινητήρας αναμένεται να ενσωματωθεί σε αυτά τα συστήματα ισχύος. σε αυτό το σημείο, μια σειρά 100 ωρών δοκιμών που θα διεξαχθούν για άλλη μια φορά στο Glenn Research Center.
Το X3 είναι ένα από τα τρία πρωτότυπα που η NASA ερευνά για μελλοντικές αποστολές στο Άρη, οι οποίες προορίζονται να μειώσουν το χρόνο ταξιδιού και να μειώσουν την απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου. Πέρα από το να καταστούν αυτές οι αποστολές πιο αποδοτικές από πλευράς κόστους, οι μειωμένοι χρόνοι διέλευσης προορίζονται επίσης να μειώσουν την ποσότητα ακτινοβολίας που θα εκτίθενται οι αστροναύτες καθώς ταξιδεύουν μεταξύ της Γης και του Άρη.
Το έργο χρηματοδοτείται μέσω της Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP) της NASA, η οποία υποστηρίζει όχι μόνο συστήματα πρόωσης αλλά και συστήματα ενδιαιτημάτων και κατασκευή στο διάστημα.
