Cuando se trata del futuro de la exploración espacial, se están investigando una serie de nuevas tecnologías. Las más destacadas son las nuevas formas de propulsión que podrán equilibrar la eficiencia del combustible con la potencia. Los motores que son capaces de lograr una gran cantidad de empuje utilizando menos combustible no solo serían rentables, sino que también podrán transportar astronautas a destinos como Marte y más allá en menos tiempo.
Aquí es donde entran en juego motores como el propulsor de efecto Hall X3. Este propulsor, que está siendo desarrollado por el Centro de Investigación Glenn de la NASA junto con la Fuerza Aérea de EE. UU. Y la Universidad de Michigan, es un modelo ampliado de los tipos de propulsores utilizados por Amanecer astronave. Durante una prueba reciente, este propulsor rompió el récord anterior de un propulsor de efecto Hall, logrando una mayor potencia y un empuje superior.
Los propulsores de efecto Hall se han ganado el favor de los planificadores de misiones en los últimos años debido a su extrema eficiencia. Funcionan convirtiendo pequeñas cantidades de propelente (generalmente gases inertes como el xenón) en plasma cargado con campos eléctricos, que luego se acelera muy rápidamente usando un campo magnético. En comparación con los cohetes químicos, pueden alcanzar velocidades máximas utilizando una pequeña fracción de su combustible.
Sin embargo, un desafío importante hasta ahora ha sido construir un propulsor de efecto Hall que también sea capaz de alcanzar altos niveles de empuje. Si bien son eficientes en combustible, los motores de iones convencionales generalmente producen solo una fracción del empuje producido por los cohetes que dependen de propulsores químicos sólidos. Por eso, la NASA ha estado desarrollando el propulsor modelo X3 ampliado junto con sus socios.
El desarrollo del propulsor ha sido supervisado por Alec Gallimore, profesor de ingeniería aeroespacial y el Decano de Ingeniería Robert J. Vlasic de la Universidad de Michigan. Como indicó en un reciente comunicado de prensa de Michigan News:
“Las misiones a Marte están en el horizonte, y ya sabemos que los propulsores Hall funcionan bien en el espacio. Pueden optimizarse para transportar equipos con un mínimo de energía y propulsores en el transcurso de un año más o menos, o para la velocidad, llevando a la tripulación a Marte mucho más rápido ".
En pruebas recientes, el X3 rompió el récord de empuje anterior establecido por un propulsor Hall, logrando 5.4 newtons de fuerza en comparación con el antiguo récord de 3.3 newtons. El X3 también duplicó con creces la corriente de funcionamiento (250 amperios frente a 112 amperios) y funcionó a una potencia ligeramente más alta que el récord anterior (102 kilovatios frente a 98 kilovatios). Esta fue una noticia alentadora, ya que significa que el motor puede ofrecer una aceleración más rápida, lo que significa tiempos de viaje más cortos.
La prueba fue realizada por Scott Hall y Hani Kamhawi en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland. Mientras que Hall es un estudiante de doctorado en ingeniería aeroespacial en U-M, Kamhawi es un científico investigador de Glenn de la NASA que ha estado muy involucrado en el desarrollo del X3. Además, Kamhawi también es el mentor de Hall de la NASA, como parte de la Beca de Investigación de Tecnología Espacial de la NASA (NSTRF).
Esta prueba fue la culminación de más de cinco años de investigación que buscaba mejorar los diseños actuales de efecto Hall. Para llevar a cabo la prueba, el equipo confió en la cámara de vacío Glenn de la NASA, que actualmente es la única cámara en los EE. UU. Que puede manejar el propulsor X3. Esto se debe a la gran cantidad de gases de escape que produce el propulsor, lo que puede provocar que el xenón ionizado regrese a la columna de plasma, lo que sesga los resultados de la prueba.
La configuración de la NASA Glenn es la única con una bomba de vacío lo suficientemente potente como para crear las condiciones necesarias para mantener limpio el escape. Hall y Kamhawi también tuvieron que construir un soporte de empuje personalizado para soportar el marco de 227 kg (500 libras) del X3 y resistir la fuerza que genera, ya que los soportes existentes no estaban a la altura. Después de asegurar una ventana de prueba, el equipo pasó cuatro semanas preparando el soporte, el propulsor y configurando todas las conexiones necesarias.
Todo el tiempo, investigadores, ingenieros y técnicos de la NASA estuvieron disponibles para brindar apoyo. Después de 20 horas de bombeo para lograr un vacío espacial dentro de la cámara, Hall y Kamhawi realizaron una serie de pruebas en las que el motor se dispararía durante 12 horas seguidas. En el transcurso de 25 días, el equipo llevó el X3 a sus niveles de potencia, corriente y empuje récord.
Mirando hacia el futuro, el equipo planea realizar más pruebas en el laboratorio de Gallimore en U-M utilizando una cámara de vacío mejorada. Estas actualizaciones serán cronogramas que se completarán en enero de 2018, y permitirán al equipo realizar futuras pruebas en la empresa. Esta actualización fue posible gracias a una subvención de $ 1 millón de dólares, contribuida en parte por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, con apoyo adicional proporcionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro y U-M.
Las fuentes de alimentación del X3 también están siendo desarrolladas por Aerojet Rocketdyne, el fabricante de propulsión de misiles y cohetes con sede en Sacramento que también es el líder en la concesión del sistema de propulsión de la NASA. Para la primavera de 2018, se espera que el motor esté integrado con estos sistemas de energía; en ese momento, una serie de pruebas de 100 horas que una vez más se realizarán en el Centro de Investigación Glenn.
El X3 es uno de los tres prototipos que la NASA está investigando para futuras misiones tripuladas a Marte, todos los cuales están destinados a reducir los tiempos de viaje y la cantidad de combustible necesaria. Más allá de hacer que tales misiones sean más rentables, los tiempos de tránsito reducidos también están destinados a reducir la cantidad de radiación a la que estarán expuestos los astronautas a medida que viajan entre la Tierra y Marte.
El proyecto se financia a través de Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP) de la NASA, que apoya no solo los sistemas de propulsión sino también los sistemas de hábitat y la fabricación en el espacio.
