Pokud jde o budoucnost vesmírného průzkumu, zkoumáme řadu nových technologií. Především mezi nimi jsou nové formy pohonu, které budou schopné vyrovnat spotřebu paliva s energií. Nejenom, že by motory, které jsou schopny dosáhnout velkého tahu s použitím menšího množství paliva, byly nákladově efektivní, budou schopny převádět astronauty do destinací, jako je Mars a za kratší dobu.
To je místo, kde motory jako X3 Hall-efekt thruster přichází do hry. Tento thruster, který vyvíjí Glenn Research Center NASA ve spolupráci s US Air Force a University of Michigan, je rozšířeným modelem druhů thrusterů používaných Svítání kosmická loď. Během nedávného testu, tento thruster rozbil předchozí záznam pro Hall-efektový thruster, dosáhnout vyšší síly a lepší tah.
Síťové tryskače si v posledních letech získaly přízeň plánovačů mise kvůli jejich extrémní účinnosti. Fungují tak, že malé množství pohonné hmoty (obvykle inertních plynů, jako je xenon) přeměňují na nabitou plazmu s elektrickými poli, která se pomocí magnetického pole velmi rychle zrychlí. Ve srovnání s chemickými raketami mohou dosáhnout nejvyšších rychlostí pomocí nepatrného podílu paliva.
Dosud však hlavní výzvou bylo vybudování halového efektu, který je schopen dosáhnout i vysoké úrovně tahu. Zatímco palivově efektivní, konvenční iontové motory typicky produkují jen zlomek tahu produkovaného raketami, které se spoléhají na pevné chemikálie pohonné hmoty. Proto NASA ve spolupráci se svými partnery vyvíjí zmenšený model X3 thruster.
Na vývoj raketoplánu dohlížel Alec Gallimore, profesor leteckého inženýrství a Robert J. Vlasic děkan inženýrství na Michiganské univerzitě. Jak uvedl v nedávném prohlášení pro tisk Michigan News:
"Mise na Marsu jsou právě na obzoru a my už víme, že Hallovy trysky fungují dobře ve vesmíru." Mohou být optimalizovány buď pro přepravu vybavení s minimální energií a pohonnou hmotou v průběhu roku nebo tak, nebo pro rychlost - přenášení posádky na Mars mnohem rychleji. “
V nedávných testech X3 rozbil předchozí záznam o tahu, který nastavil Hallův thruster, a dosáhl 5,4 newtonů síly ve srovnání se starým rekordem 3,3 newtonů. X3 také více než zdvojnásobil provozní proud (250 ampér vs. 112 ampér) a běžel s mírně vyšším výkonem než předchozí držitel záznamu (102 kilowattů vs. 98 kilowattů). To byla povzbudivá zpráva, protože to znamená, že motor může nabídnout rychlejší zrychlení, což znamená kratší dobu jízdy.
Test provedli Scott Hall a Hani Kamhawi ve výzkumném středisku NASA Glenn Research Center v Clevelandu. Zatímco Hall je doktorandem v leteckém inženýrství na U-M, Kamhawi je výzkumný pracovník NASA Glenn, který se intenzivně podílí na vývoji modelu X3. Kromě toho je Kamhawi také Hallův mentor NASA, jako součást NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Tento test byl vyvrcholením více než pěti let výzkumu, který usiloval o zlepšení současných Hall-efektových návrhů. K provedení testu se tým spoléhal na vakuovou komoru NASA Glenn, která je v současné době jedinou komorou v USA, která dokáže zvládnout pohon X3. To je způsobeno čirým množstvím výfuků, které vyvíjí pohonný ventil, což může vést k tomu, že ionizovaný xenon se bude vracet zpět do plazmatického oblaku, čímž dojde ke zkreslení výsledků testu.
Nastavení NASA Glenn je jediné s vakuovou pumpou, která je dostatečně výkonná, aby vytvořila podmínky nezbytné k udržení čistoty výfukových plynů. Hall a Kamhawi také museli postavit vlastní podpěrný stojan, který by podporoval rám 227 kg (500 liber) X3 a vydržel sílu, kterou vyvíjí, protože stávající stojany tento úkol nevyhovovaly. Po zajištění zkušebního okna strávil tým čtyři týdny přípravou stojanu, škrticí klapky a nastavením všech potřebných spojení.
Po celou dobu byli vědci, inženýři a technici NASA připraveni poskytnout podporu. Po 20 hodinách čerpání, aby se dosáhlo kosmického vakua uvnitř komory, provedli Hall a Kamhawi řadu testů, při nichž by byl motor vypalován po dobu 12 hodin rovně. V průběhu 25 dnů tým přivedl X3 na rekordní výkon, současnou a tahovou úroveň.
Při pohledu do budoucna plánuje tým provést více testů v Gallimoreově laboratoři v U-M pomocí vylepšené vakuové komory. Tyto aktualizace budou naplánovány tak, aby byly dokončeny do ledna 2018, a umožní týmu provádět budoucí testy in-house. Tato aktualizace byla umožněna díky grantu ve výši 1 milionu USD, který částečně přispěl Úřad vědeckého výzkumu letectva, s další podporou poskytovanou Laboratoř tryskového pohonu a U-M.
Zdroje energie X3 vyvíjí také Aerojet Rocketdyne, výrobce raketových a raketových pohonů na bázi Sacramento, který je také vedoucím poskytovatelem pohonných systémů od NASA. Na jaře roku 2018 se očekává integrace motoru do těchto energetických systémů; v tom okamžiku bude ve výzkumném středisku Glenn provedena řada 100hodinových testů.
X3 je jeden ze tří prototypů, které NASA zkoumá pro budoucí mise s posádkou na Marsu, které mají za cíl zkrátit dobu cestování a snížit potřebné palivo. Kromě toho, aby byly takové mise nákladově efektivnější, mají zkrácené doby tranzitu také za cíl snížit množství záření, kterému budou astronauti vystaveni při cestování mezi Zemí a Marsem.
Projekt je financován z programu NASA Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP), který podporuje nejen pohonné systémy, ale také systémy stanovišť a výrobu ve vesmíru.
