Когато става въпрос за бъдещето на космическото проучване, се изследват редица нови технологии. Най-важното сред тях са новите форми на задвижване, които ще могат да балансират горивната ефективност с мощността. Не само, че двигателите, които са в състояние да постигнат голяма тяга, използвайки по-малко гориво, ще бъдат икономически ефективни, те ще могат да пренасят астронавти до дестинации като Марс и извън тях за по-малко време.
Именно тук влизат в действие двигатели като X3 Hall-thruster. Този двигател, който се разработва от изследователския център на Глена на НАСА съвместно с ВВС на САЩ и Университета в Мичиган, е мащабиран модел на видовете тласки, използвани от разсъмване космически кораб. По време на скорошно изпитване, този изстрелващ счупи предишния рекорд за тяло с ефект на Хол, постигайки по-висока мощност и превъзходна тяга.
Задвижващите механизми с ефект на Хол през последните години спечелиха благосклонност към планиращите мисии заради изключителната си ефективност. Те функционират чрез превръщане на малки количества гориво (обикновено инертни газове като ксенон) в заредена плазма с електрически полета, която след това се ускорява много бързо с помощта на магнитно поле. В сравнение с химическите ракети, те могат да постигнат максимална скорост, използвайки малка част от горивото си.
Основно предизвикателство досега обаче е изграждането на тяло с ефект на Хол, което е в състояние да постигне и високи нива на тяга. Въпреки че са ефективни с гориво, конвенционалните йонни двигатели обикновено произвеждат само част от тягата, произведена от ракети, които разчитат на твърдо-химични горива. Ето защо НАСА разработва разширения модел X3 тяга съвместно със своите партньори.
Развитието на тягата е било наблюдавано от Алек Галимор, професор по аерокосмическо инженерство и декан по инженерство Робърт Дж. Влашич от Мичиганския университет. Както той посочи в скорошно изявление за пресата на Мичиган Нюз:
„Мисиите на Марс са точно на хоризонта и вече знаем, че дроселите на Хол работят добре в космоса. Те могат да бъдат оптимизирани или за превоз на оборудване с минимална енергия и гориво в течение на година или около това, или за скорост - пренасяне на екипажа до Марс много по-бързо. "
В последните тестове, X3 счупи предишния рекорд на тягата, зададен от ракета на Хол, постигайки 5,4 нютона сила в сравнение със стария рекорд от 3,3 нютона. X3 също удвои работния ток (250 ампера срещу 112 ампера) и работи с малко по-голяма мощност от предишния рекордьор (102 киловата срещу 98 киловата). Това беше обнадеждаваща новина, тъй като това означава, че двигателят може да предложи по-бързо ускорение, което означава и по-кратко време за пътуване.
Тестът беше проведен от Скот Хол и Хани Камхауи в изследователския център на НАСА Глен в Кливланд. Докато Хол е докторант по аерокосмическо инженерство в U-M, Kamhawi е учен от НАСА Глен, който участва активно в разработването на X3. В допълнение, Kamhawi е също наставник на НАСА на Хол, като част от екипа на НАСА за космически технологии (NSTRF).
Този тест беше кулминацията на повече от пет години изследвания, които се стремяха да се подобрят при сегашните дизайни на Хол ефект. За да проведе теста, екипът разчита на вакуумната камера на NASA Glenn, която в момента е единствената камера в САЩ, която може да се справи с X3 тяга. Това се дължи на голямото количество изгорели газове, което произвежда тръбата, което може да доведе до отхвърляне на йонизиран ксенон обратно в плазмения шлейф, като по този начин се изкривят резултатите от теста.
Настройката на НАСА Глен е единствената с вакуумна помпа, достатъчно мощна, за да създаде необходимите условия за поддържане на чистотата на отработените газове. Хол и Kamhawi също трябваше да създадат персонализирана стойка за тяга, за да поддържат рамката на X3 с 227 кг (500 фунта) и да издържат на силата, която генерира, тъй като съществуващите стойки не бяха в изпълнение на задачата. След като осигури тестов прозорец, екипът прекара четири седмици, подготвяйки стойката, тягата и настрои всички необходими връзки.
През цялото време изследователи, инженери и техници от НАСА бяха на ръка, за да осигурят подкрепа. След 20 часа изпомпване, за да постигнат космически вакуум вътре в камерата, Хол и Камхави проведоха серия от тестове, при които двигателят щеше да се задейства за 12 часа направо. В продължение на 25 дни екипът изведе X3 до своите рекордни нива на мощност, ток и тяга.
В бъдеще екипът планира да проведе още тестове в лабораторията на Галимор в U-M, използвайки подобрена вакуумна камера. Тези надстройки ще бъдат графици, които трябва да приключат до януари 2018 г. и ще дадат възможност на екипа да проведе бъдещи тестове в бъдеще. Това надграждане стана възможно благодарение на безвъзмездна помощ от 1 милион щатски долара, донесена отчасти от Службата за научни изследвания на ВВС, с допълнителна подкрепа, предоставена от лабораторията за реактивни двигатели и U-M.
Захранванията на X3 също се разработват от Aerojet Rocketdyne, производител на ракета и ракетно задвижване, базиран в Сакраменто, който също е водещ при отпускането на системата за задвижване от НАСА. До пролетта на 2018 г. се очаква двигателят да бъде интегриран с тези захранващи системи; в този момент серия от 100-часови тестове, които отново ще бъдат проведени в изследователския център на Глен.
X3 е един от трите прототипа, които НАСА разследва за бъдещи мисии на екипаж до Марс, всички от които са предназначени за намаляване на времето за пътуване и намаляване на необходимото количество гориво. Освен да направят подобни мисии по-рентабилни, намаленото време на транзит също има за цел да намали количеството радиационни астронавти, на които ще бъдат изложени, докато пътуват между Земята и Марс.
Проектът е финансиран чрез NASA Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP), който поддържа не само задвижващи системи, но и системи за местообитания и производство в космоса.
