Когда речь идет о будущем освоения космоса, исследуется ряд новых технологий. Главными среди них являются новые формы тяги, которые смогут сбалансировать топливную эффективность с мощностью. Мало того, что двигатели, способные достигать большой тяги при использовании меньшего количества топлива, будут экономически эффективными, они смогут доставлять астронавтов в такие места, как Марс и за его пределы, за меньшее время.
Именно здесь в игру вступают такие двигатели, как двигатель с эффектом Холла X3. Этот двигатель, который разрабатывается Исследовательским центром Гленна при НАСА совместно с ВВС США и Мичиганским университетом, представляет собой увеличенную модель типов двигателей, используемых рассвет Космический аппарат. Во время недавних испытаний этот двигатель подорвал предыдущий рекорд для двигателя с эффектом Холла, достигнув более высокой мощности и превосходной тяги.
В последние годы двигатели с эффектом Холла завоевали популярность у планировщиков миссий благодаря их исключительной эффективности. Они функционируют, превращая небольшое количество топлива (обычно инертных газов, таких как ксенон) в заряженную плазму с электрическими полями, которая затем очень быстро ускоряется с помощью магнитного поля. По сравнению с химическими ракетами, они могут достигать максимальной скорости, используя крошечную долю своего топлива.
Тем не менее, до сих пор главной проблемой было создание двигателя с эффектом Холла, который также способен достигать высоких уровней тяги. Несмотря на экономию топлива, обычные ионные двигатели, как правило, производят только часть тяги, создаваемой ракетами, которые используют твердотопливные пропелленты. Поэтому НАСА совместно со своими партнерами разрабатывает увеличенную модель двигателя X3.
За разработкой подруливающего устройства присматривал Алек Гэллимор, профессор аэрокосмической техники и декан инженерных наук Роберт Дж. Власик из Мичиганского университета. Как он указал в недавнем заявлении для прессы в «Мичиганских новостях»:
«Миссия на Марс уже на горизонте, и мы уже знаем, что двигатели Холла хорошо работают в космосе. Они могут быть оптимизированы либо для перевозки оборудования с минимальными затратами энергии и топлива в течение года или около того, либо для скорости - гораздо быстрее доставить экипаж на Марс ».
В недавних тестах X3 разбил предыдущий рекорд тяги, установленный двигателем Холла, достигнув 5,4 ньютона силы по сравнению со старым рекордом 3,3 ньютона. X3 также более чем удвоил рабочий ток (250 ампер против 112 ампер) и работал с несколько большей мощностью, чем предыдущий рекордсмен (102 киловатта против 98 киловатт). Это было обнадеживающей новостью, поскольку это означает, что двигатель может предложить более быстрое ускорение, что означает более короткое время в пути.
Испытания проводились Скоттом Холлом и Хани Камхави в Исследовательском центре Гленна при НАСА в Кливленде. Принимая во внимание, что Холл является докторантом в области аэрокосмической техники в U-M, Камхави является научным сотрудником НАСА Гленн, который принимал активное участие в разработке X3. Кроме того, Камхави также является наставником НАСА в Холле в рамках Научно-исследовательской стипендии космических технологий НАСА (NSTRF).
Этот тест стал кульминацией более чем пятилетних исследований, направленных на улучшение существующих конструкций с эффектом Холла. Для проведения испытаний команда использовала вакуумную камеру NASA Glenn, которая в настоящее время является единственной камерой в США, которая может управлять двигателем X3. Это связано с большим количеством выхлопных газов, создаваемых двигателем, что может привести к дрейфу ионизированного ксенона обратно в факел плазмы, что искажает результаты испытаний.
Установка НАСА Гленна - единственная с вакуумным насосом, достаточно мощным, чтобы создать условия, необходимые для поддержания чистоты выхлопа. Холл и Камхави также должны были создать специальную упорную стойку для поддержки рамы X3 весом 227 кг (500 фунтов) и выдерживать создаваемое ею усилие, поскольку существующие подставки не соответствовали поставленной задаче. После обеспечения контрольного окна команда провела четыре недели, подготавливая стенд, подруливающее устройство и устанавливая все необходимые соединения.
Все это время исследователи, инженеры и технические специалисты НАСА оказывали поддержку. После 20 часов накачки для создания вакуумного пространства внутри камеры Холл и Камхави провели серию испытаний, в которых двигатель работал 12 часов подряд. В течение 25 дней команда довела X3 до рекордного уровня мощности, тока и тяги.
Заглядывая в будущее, команда планирует провести дополнительные испытания в лаборатории Галлимора в У-М с использованием модернизированной вакуумной камеры. Эти обновления будут завершены к январю 2018 года и позволят команде провести будущие испытания на месте. Эта модернизация стала возможной благодаря гранту в размере 1 млн. Долл. США, который был частично предоставлен Управлением научных исследований ВВС при дополнительной поддержке со стороны Лаборатории реактивного движения и U-M.
Источники питания X3 также разрабатываются компанией Aerojet Rocketdyne, производителем ракетных и ракетных двигателей в Сакраменто, который также является лидером в предоставлении двигательной установки NASA. К весне 2018 года ожидается, что двигатель будет интегрирован с этими энергосистемами; в этот момент - серия 100-часовых тестов, которые снова будут проводиться в исследовательском центре Гленна.
X3 является одним из трех прототипов, которые НАСА исследует для будущих миссий с экипажем на Марс, и все они предназначены для сокращения времени в пути и уменьшения количества необходимого топлива. Помимо того, что такие миссии становятся более рентабельными, сокращенное время прохождения также предназначено для уменьшения количества радиации, которой астронавты будут подвергаться при путешествии между Землей и Марсом.
Проект финансируется через партнерство НАСА «Next Space Technologies for Exploration» (Next-STEP), которое поддерживает не только двигательные установки, но также системы обитания и производство в космосе.
