Vil X3 ion thrusteren drive os til Mars?

X3 er en kraftig ion-thruster, der en dag kan drive mennesker ud over Jorden. Thrusteren blev testet med succes for nogle måneder siden, og kan blive udvalgt af NASA som en afgørende komponent i fremdriftssystemet til fremtidige Mars-missioner.

X3 er en Hall-effekt thruster - en type ion thruster, hvor drivmidlet (oftest xenon) accelereres af elektriske og magnetiske felter. Sådanne thrustere er sikrere og mere brændstofeffektive end motorer, der bruges i traditionelle kemiske raketter. Imidlertid, de tilbyder i øjeblikket relativt lav fremdrift og acceleration. Derfor, ingeniører arbejder stadig på at gøre dem mere kraftfulde.

Næsten 31,5 tommer (80 centimeter) i diameter og vejer omkring 507 lbs. (230 kg), X3 er en tre-kanals indlejret thruster designet til at fungere ved effektniveauer op til 200 kW. Thrusteren er udviklet i fællesskab af University of Michigan (U-M), NASA og det amerikanske luftvåben. Projektet er finansieret gennem NASA's Next Space Technologies for Exploration Partnership (NextSTEP).

I juli og august 2017 slog X3 thrusteren rekorder i ydeevne under test udført på NASA Glenn Research Center. Det producerede 5,4 newton kraft sammenlignet med tidligere rekord på 3,3 newton, fordoblet driftsstrømrekorden (250 ampere mod 112 ampere) og kørte med en lidt højere effekt (102 kW mod 98 kW).

"Vores test var en stor succes. Vi var begge i stand til at betjene thrusteren op til fuld kraft, viser, at det fungerede godt, og finde et par problemer, der skal udarbejdes til næste år. De var alle små og nemme at reparere, men de kunne have været problematiske, hvis vi fandt dem under vores 100-timers forsøg, " sagde Scott Hall fra Plasmadynamics and Electric Propulsion Laboratory ved U-M i et interview med Astrowatch.net.

Den kommende 100-timers test er planlagt til foråret 2018. Under denne testkampagne, X3 thrusteren vil blive integreret med Aerojet Rocketdynes strømbehandlingssystem.

Hall bemærkede, at den nylige test med X3 var designet til at være en risikoreduktionstest for vores 100-timers test for NASAs NextSTEP-program.

"Vi ville ryste alt ned - thrusteren, hjælpeudstyret, og vakuumanlægget – før vi forsøger vores 100-timers løb, som formodes at være på 100 kW, " sagde Hall.

X3 er en af ​​tre prototypemotorer, der kunne vælges af NASA til at drive fremtidige bemandede missioner til Mars. Forskere vurderer, at en sådan menneskelig mission til den røde planet vil kræve et fremdriftssystem, der kører på mindst 200 kW.

I betragtning af at X3 har den største throttling -evne til enhver Hall -thruster til dato, syv fyringskonfigurationer og effektniveauer fra 2 til 200 kW, det kunne være det bedste valg at blive en grundlæggende komponent i rumfartøjer, der transporterer astronauter ud over Jorden.

"X3 har potentialet til at være meget kritisk for kommende Mars-missioner med bemanding. Årsagen er, at X3 er en meget fleksibel thruster med et stort gasspjældsområde, " bemærkede Hall.

Han tilføjede, at ved lavere effektniveauer (som en enkelt X3 thruster), X3 er fantastisk til at flytte meget gods meget effektivt. Disse typer missioner ville sandsynligvis forlade astronauterne og levere last til planeten før deres ankomst, flyv derefter tilbage til Jorden for at genindlæse til den næste mission.

Desuden, ved højere effektniveauer (over 600 kW, et par X3'er samlet), X3 har potentiale til at transportere astronauter til Mars.

"NASA har ikke besluttet præcis, hvordan den vil have sine Mars-missioner til at se ud, men der er lavet en masse undersøgelser, hvor man ser på forskellige måder, du kan bruge 100 til 300 kW elektrisk fremdrift som X3, og endda så højt som 800 kW, når solpaneler bliver mere kraftfulde, " sagde Hall.

Især undersøgelser har vist, at omkring 600-700 kW mærket, højeffekt elektrisk fremdrift som X3 bliver lige så hurtig som traditionel kemisk fremdrift, men er meget mere effektiv. Denne effektivitet kan være afgørende, når NASA skal vælge motorer til fremtidige missioner til Mars eller andre himmellegemer i solsystemet.

"X3 blev faktisk oprindeligt finansieret af det amerikanske luftvåben, ikke NASA, som er interesseret i thrustere som X3 til at flytte tunge ting rundt på Jorden meget hurtigt. X3 kan bruges i den slags applikationer som hurtig, effektive overførsler fra lavt jordkredsløb (LEO) til geostationært kredsløb (GEO), samt gods- og mandskabstransport til et stort antal interessante mål, inklusive nær-jorden asteroider og Mars' måner, samt Mars selv. Det kan også potentielt bruges på deep-space missioner, selvom du sandsynligvis har brug for atomkraft til dem, da solenergi falder så hurtigt, " konkluderede Hall.