Uzay görevi konseptleri için kilovat altı elektrikli tahrik teknolojisinin sınırlarını zorlamak

NASA, küçük uzay aracını kullanarak gelecekteki gezegen keşif görevlerini kolaylaştırmak için gelişmiş bir itiş teknolojisi geliştirdi. Bu teknoloji yalnızca yeni tür gezegen bilimi görevlerine olanak sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda NASA’nın ticari ortaklarından biri onu başka bir amaç için kullanmaya hazırlanıyor: halihazırda yörüngede olan uzay araçlarının ömrünü uzatmak.

Endüstrinin bu yeni teknolojiyi kullanma fırsatını belirlemek, yalnızca NASA’nın teknolojiyi ticarileştirme hedefini ilerletmekle kalmaz, aynı zamanda NASA’nın gelecekteki gezegen görevlerinde kullanılmak üzere bu önemli teknolojiyi endüstriden alması için potansiyel olarak bir yol yaratabilir.

Yeni teknoloji

Küçük uzay aracı kullanan gezegen bilimi misyonları, tipik ticari ihtiyaçların ve mevcut durumun çok ötesinde bir hız değişimi (delta-v) yeteneği gerektiren zorlu itici manevraları (gezegensel kaçış hızlarına ulaşmak, yörüngeyi yakalamak ve daha fazlası gibi) gerçekleştirmek için gerekli olacaktır. – son teknoloji ürünü. Bu nedenle, bu küçük uzay aracı misyonları için 1 numaralı olanak sağlayan teknoloji, bu yüksek delta-v manevralarını gerçekleştirebilen bir elektrikli tahrik sistemidir.

Tahrik sistemi, bu manevraları gerçekleştirmek için gereken itici gücü sağlamak üzere düşük güç (kilovat altı) kullanarak çalışmalı ve yüksek itici madde verimine (yani kullanım ömrü boyunca yüksek toplam itici gaz kullanma kapasitesi) sahip olmalıdır.

Uzun yıllar süren araştırma ve geliştirmelerden sonra, NASA Glenn Araştırma Merkezi’ndeki (GRC) araştırmacılar, bu ihtiyaçları karşılamak için küçük bir uzay aracı elektrikli tahrik sistemi oluşturdular: NASA-H71M kilovat altı Hall etkili itici. Buna ek olarak, bu yeni iticinin başarılı bir şekilde ticarileştirilmesi, yakında 8 km/s’lik inanılmaz bir delta-v hızı gerektiren yeni nesil küçük uzay aracı bilim misyonlarını mümkün kılacak böyle bir çözümün sağlanmasını sağlayacaktır.

Bu teknik başarı, insanlığın ay çevresindeki ilk uzay istasyonu olan Gateway’in Güç ve İtiş Elemanı gibi uygulamalar için son on yılda geliştirilen birçok gelişmiş yüksek güçlü güneş enerjili elektrik tahrik teknolojisinin minyatürleştirilmesiyle gerçekleştirildi.

Gezegensel keşifler için bu teknolojinin faydaları

NASA-H71M elektrikli itiş teknolojisini kullanan küçük uzay aracı, alçak Dünya yörüngesinden (LEO) aya ve hatta jeosenkron transfer yörüngesinden (GTO) Mars’a bağımsız olarak manevra yapabilecek.

Bu yetenek özellikle dikkat çekicidir çünkü LEO ve GTO’ya ticari fırlatma fırsatları rutin hale gelmiştir ve bu tür görevlerin aşırı fırlatma kapasitesi genellikle ikincil uzay aracını konuşlandırmak için düşük maliyetle satılmaktadır. Bu Dünya’ya yakın yörüngelerden kaynaklanan görevleri yürütme yeteneği, tempoyu büyük ölçüde artırabilir ve ay ve Mars bilim misyonlarının maliyetini azaltabilir.

Bu itme yeteneği aynı zamanda tarihsel olarak birincil misyonun fırlatma yörüngesine uygun bilimsel hedeflerle sınırlı olan ikincil uzay aracının erişimini de artıracak. Bu yeni teknoloji, ikincil görevlerin birincil misyonun yörüngesinden önemli ölçüde sapmasını sağlayacak ve bu da daha geniş bir bilimsel hedef yelpazesinin araştırılmasını kolaylaştıracaktır.

Ek olarak, bu ikincil uzay aracı bilim misyonlarının, uzaktaki bir cismin yüksek hızlı uçuşu sırasında veri toplamak için tipik olarak yalnızca kısa bir süresi olacaktır. Bu daha büyük itici kapasite, uzun vadeli bilimsel çalışmalar için gezegenimsilerde yavaşlamaya ve yörüngesel yerleştirmeye izin verecektir.

Ayrıca, bu kadar önemli itici güçle donatılmış küçük uzay aracı, birincil görevin fırlatma yörüngesindeki son aşama değişikliklerini yönetmek için daha iyi donanıma sahip olacak. Bu tür değişiklikler, bilimsel hedeflerine ulaşmak için ilk fırlatma yörüngesine bağlı olan, sınırlı yerleşik itme kapasitesine sahip küçük uzay aracı bilim misyonları için sıklıkla büyük bir risk oluşturur.

Ticari uygulamalar

Şu anda alçak Dünya yörüngelerinde oluşan küçük uzay araçlarının mega takımyıldızları, düşük güçlü Hall etkili iticileri bugün uzayda kullanılan en yaygın elektrikli itme sistemi haline getirdi. Bu sistemler itici yakıtı çok verimli bir şekilde kullanır, bu da yörüngeye yerleştirmeye, yörüngeden çıkmaya ve uzun yıllar boyunca çarpışmadan kaçınmaya ve yeniden aşamalandırmaya olanak tanır.

Bununla birlikte, bu ticari elektrikli tahrik sistemlerinin maliyet odaklı tasarımı kaçınılmaz olarak bunların ömür kapasitelerini tipik olarak birkaç bin saatten daha az bir çalışma süresiyle sınırlandırmıştır ve bu sistemler, küçük bir uzay aracının başlangıçtaki kütlesinin yalnızca yaklaşık %10’unu veya daha azını itici gaz olarak işleyebilir.

Buna karşılık, NASA-H71M elektrikli tahrik sistemi teknolojisinden yararlanan gezegen bilimi görevleri 15.000 saat boyunca çalışabilir ve küçük uzay aracının başlangıç ​​kütlesinin %30’undan fazlasını itici gaz olarak işleyebilir.

Bu oyunun kurallarını değiştiren yetenek, çoğu ticari LEO görevinin ihtiyaçlarının çok ötesindedir ve bu tür uygulamaların ticarileştirilmesini olanaksız hale getiren bir maliyet avantajına sahiptir. Bu nedenle NASA, alışılmadık derecede büyük itici gaz çıktı gereksinimleri olan yenilikçi ticari küçük uzay aracı görev konseptleri geliştiren şirketlerle ortaklıklar aradı ve aramaya devam ediyor.

Yakında ticari küçük uzay aracı uygulamasında lisanslı NASA elektrikli tahrik teknolojisini kullanacak ortaklardan biri, Northrop Grumman’ın yüzde yüz iştiraki olan SpaceLogistics’tir. Görev Uzatma Pod’u (MEP) uydu servis aracı, tasarımı NASA-H71M’yi temel alan bir çift Northrop Grumman NGHT-1X Hall etkili iticiyle donatılmıştır.

Küçük uzay aracının büyük itici gücü, çok daha büyük bir uyduya monte edileceği yer eşzamanlı Dünya yörüngesine (GEO) ulaşmasını sağlayacak. MEP kurulduktan sonra, ev sahibi uzay aracının ömrünü en az altı yıl uzatmak için bir “itki jet paketi” görevi görecek.

Northrop Grumman şu anda GRC’nin Vakum Tesisi 11’de NGHT-1X’in tüm kullanım ömrü boyunca operasyonel kapasitesini göstermek için uzun süreli aşınma testi (LDWT) yürütüyor. LDWT, tamamen geri ödenebilir bir Uzay Yasası Anlaşması aracılığıyla Northrop Grumman tarafından finanse edilmektedir. İlk MEP uzay aracının 2025 yılında fırlatılması ve burada üç GEO iletişim uydusunun ömrünü uzatması bekleniyor.

Gelecekteki NASA gezegen bilimi misyonlarına benzer itici gereksinimleri olan küçük uzay aracı uygulamaları bulmak için ABD endüstrisi ile işbirliği yapmak, yalnızca ABD endüstrisinin ticari uzay sistemlerinde küresel bir lider olarak kalmasını desteklemekle kalmaz, aynı zamanda NASA’nın gezegen misyonları gerektirdiğinden bu önemli teknolojileri elde etmesi için yeni ticari fırsatlar yaratır. .

NASA, benzer şekilde gelişmiş ve oldukça yetenekli düşük güçlü elektrikli tahrik cihazları geliştirmek amacıyla ABD endüstrisinin kullanabileceği veri ve belge yelpazesini genişletmek için H71M elektrikli tahrik teknolojilerini olgunlaştırmaya devam ediyor.