Quando se trata do futuro da exploração espacial, várias novas tecnologias estão sendo investigadas. Acima de tudo, há novas formas de propulsão que serão capazes de equilibrar a eficiência de combustível com a potência. Não apenas os motores capazes de obter uma grande quantidade de impulso usando menos combustível seriam econômicos, como também podem transportar astronautas para destinos como Marte e além em menos tempo.
É aqui que motores como o propulsor com efeito Hall X3 entram em ação. Esse propulsor, que está sendo desenvolvido pelo Glenn Research Center da NASA em conjunto com a Força Aérea dos EUA e a Universidade de Michigan, é um modelo ampliado dos tipos de propulsores usados pelo Alvorecer nave espacial. Durante um teste recente, esse propulsor quebrou o recorde anterior de um propulsor com efeito Hall, alcançando maior potência e impulso superior.
Os propulsores de efeito Hall ganharam favores com os planejadores de missão nos últimos anos por causa de sua extrema eficiência. Eles funcionam transformando pequenas quantidades de propulsor (geralmente gases inertes como o xenônio) em plasma carregado com campos elétricos, que são então acelerados muito rapidamente usando um campo magnético. Comparados aos foguetes químicos, eles podem atingir altas velocidades usando uma pequena fração de seu combustível.
No entanto, um grande desafio até agora foi a construção de um propulsor com efeito Hall, capaz de alcançar altos níveis de impulso também. Embora economizem combustível, os motores de íons convencionais normalmente produzem apenas uma fração do empuxo produzido por foguetes que dependem de propulsores químicos sólidos. Por isso, a NASA desenvolveu o propulsor modelo X3 ampliado em conjunto com seus parceiros.
O desenvolvimento do propulsor foi supervisionado por Alec Gallimore, professor de engenharia aeroespacial e Robert J. Vlasic, diretor de engenharia da Universidade de Michigan. Como ele indicou em uma recente declaração à imprensa do Michigan News:
“As missões de Marte estão no horizonte e já sabemos que os propulsores de Hall funcionam bem no espaço. Eles podem ser otimizados para transportar equipamentos com energia e propulsor mínimos ao longo de um ano ou mais, ou para velocidade - transportando a tripulação para Marte muito mais rapidamente. ”
Em testes recentes, o X3 quebrou o recorde anterior de empuxo estabelecido por um propulsor de Hall, alcançando 5,4 newtons de força em comparação com o recorde anterior de 3,3 newtons. O X3 também mais que dobrou a corrente de operação (250 amperes vs. 112 amperes) e operava com uma potência um pouco mais alta do que o recordista anterior (102 quilowatts vs. 98 quilowatts). Isso foi uma notícia encorajadora, pois significa que o motor pode oferecer uma aceleração mais rápida, o que significa tempos de viagem mais curtos.
O teste foi realizado por Scott Hall e Hani Kamhawi no NASA Glenn Research Center, em Cleveland. Considerando que Hall é um estudante de doutorado em engenharia aeroespacial na U-M, Kamhawi é um cientista da NASA Glenn que esteve fortemente envolvido no desenvolvimento do X3. Além disso, Kamhawi também é mentor de Hall na NASA, como parte da NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Esse teste foi o culminar de mais de cinco anos de pesquisa que buscavam aprimorar os projetos atuais de efeito Hall. Para conduzir o teste, a equipe contou com a câmara de vácuo da NASA Glenn, que atualmente é a única câmara nos EUA que pode lidar com o propulsor X3. Isso ocorre devido à grande quantidade de exaustão produzida pelo propulsor, o que pode resultar no retorno do xenônio ionizado de volta à pluma de plasma, distorcendo os resultados do teste.
A instalação da NASA Glenn é a única com uma bomba de vácuo poderosa o suficiente para criar as condições necessárias para manter a exaustão limpa. Hall e Kamhawi também tiveram que construir um suporte de empuxo personalizado para suportar o quadro de 227 kg (500 libras) do X3 e suportar a força que ele gera, uma vez que os suportes existentes não estavam à altura da tarefa. Depois de garantir uma janela de teste, a equipe passou quatro semanas preparando o suporte, o propulsor e estabelecendo todas as conexões necessárias.
Durante todo o tempo, pesquisadores, engenheiros e técnicos da NASA estavam à disposição para fornecer suporte. Após 20 horas de bombeamento para obter um vácuo espacial dentro da câmara, Hall e Kamhawi realizaram uma série de testes em que o motor seria acionado por 12 horas seguidas. Ao longo de 25 dias, a equipe elevou o X3 aos níveis recordes de potência, corrente e empuxo.
Olhando para o futuro, a equipe planeja realizar mais testes no laboratório de Gallimore na U-M usando uma câmara de vácuo atualizada. Essas atualizações serão programadas para serem concluídas até janeiro de 2018 e permitirão à equipe realizar futuros testes internamente. Essa atualização foi possível graças a uma doação de US $ 1 milhão, contribuída em parte pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, com suporte adicional fornecido pelo Laboratório de Propulsão a Jato e pela U-M.
As fontes de alimentação do X3 também estão sendo desenvolvidas pela Aerojet Rocketdyne, fabricante de propulsão de mísseis e mísseis com sede em Sacramento, que também é líder na concessão de sistemas de propulsão da NASA. Até a primavera de 2018, espera-se que o motor seja integrado a esses sistemas de energia; nesse momento, uma série de testes de 100 horas que serão conduzidos novamente no Glenn Research Center.
O X3 é um dos três protótipos que a NASA está investigando para futuras missões tripuladas a Marte, que visam reduzir o tempo de viagem e a quantidade de combustível necessária. Além de tornar essas missões mais econômicas, os tempos de trânsito reduzidos também visam reduzir a quantidade de radiação que os astronautas serão expostos à medida que viajam entre a Terra e Marte.
O projeto é financiado pela Next Space Technologies for Exploration Partnership da NASA (Next-STEP), que suporta não apenas sistemas de propulsão, mas também sistemas de habitat e fabricação no espaço.
