เมื่อพูดถึงอนาคตของการสำรวจอวกาศเทคโนโลยีใหม่จำนวนหนึ่งกำลังถูกตรวจสอบ สิ่งสำคัญที่สุดในบรรดาเหล่านี้คือรูปแบบใหม่ของการขับเคลื่อนที่จะสามารถสร้างความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงกับพลังงาน ไม่เพียง แต่เครื่องยนต์ที่สามารถบรรลุแรงผลักดันอย่างมากที่ใช้เชื้อเพลิงน้อยลงเท่านั้น แต่ยังประหยัดค่าใช้จ่ายอีกด้วยพวกเขาจะสามารถเดินทางข้ามอวกาศไปยังจุดหมายปลายทางอย่าง Mars และที่อื่น ๆ ได้ในเวลาอันสั้น
นี่คือที่มาของเครื่องยนต์อย่าง X3 Hall-effect thruster thruster นี้ซึ่งได้รับการพัฒนาโดยศูนย์วิจัย Glenn ของ NASA ร่วมกับกองทัพอากาศสหรัฐฯและ University of Michigan เป็นแบบจำลองขนาดขยายของ thrusters ชนิดต่างๆที่ใช้โดย รุ่งอรุณ ยานอวกาศ ในระหว่างการทดสอบเมื่อเร็ว ๆ นี้ทรัสเตอร์นี้ทำลายสถิติก่อนหน้าสำหรับทรัสฮอลล์เอฟเฟ็กต์เพื่อให้ได้พลังงานที่สูงขึ้นและแรงขับที่เหนือกว่า
thrusters Hall-effect ได้รับความนิยมจากนักวางแผนภารกิจในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงสุด พวกมันทำงานโดยการเปลี่ยนแรงขับจำนวนเล็กน้อย (โดยปกติแล้วก๊าซเฉื่อยเช่นซีนอน) ไปเป็นพลาสมาที่มีประจุไฟฟ้ากับสนามไฟฟ้าซึ่งจะเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วโดยใช้สนามแม่เหล็ก เมื่อเปรียบเทียบกับจรวดเคมีพวกเขาสามารถบรรลุความเร็วสูงสุดโดยใช้เชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อย
อย่างไรก็ตามความท้าทายที่สำคัญจนถึงตอนนี้ก็คือการสร้างทรัส Hall-effect ที่สามารถบรรลุแรงผลักดันในระดับสูงได้เช่นกัน ในขณะที่ใช้เชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพเครื่องยนต์ไอออนทั่วไปจะผลิตเพียงส่วนหนึ่งของแรงขับที่ผลิตโดยจรวดที่ต้องใช้ตัวขับที่เป็นสารเคมี ดังนั้นทำไมนาซ่าจึงได้พัฒนา X3 thruster model ขึ้นพร้อมกับคู่ค้า
การพัฒนาทรัสเตอร์ได้รับการดูแลโดย Alec Gallimore ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการบินและ Robert J. Vlasic คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน ตามที่เขาระบุในแถลงการณ์ล่าสุดของ Michigan News:
“ ภารกิจของดาวอังคารอยู่บนขอบฟ้าและเรารู้แล้วว่าโถงขับดันของ Hall ทำงานได้ดีในอวกาศ พวกเขาสามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับการพกพาอุปกรณ์ที่มีพลังงานน้อยที่สุดและจรวดในช่วงเวลาหนึ่งปีหรือเพื่อความเร็ว - การพาลูกเรือไปยังดาวอังคารรวดเร็วยิ่งขึ้น”
ในการทดสอบเมื่อเร็ว ๆ นี้ X3 ทำลายสถิติแรงผลักดันก่อนหน้านี้ที่กำหนดโดย Hall thruster ซึ่งมีกำลังแรง 5.4 นิวตันเมื่อเทียบกับเรคคอร์ดเก่า 3.3 นิวตัน X3 ยังเพิ่มกระแสไฟเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (250 แอมป์เทียบกับ 112 แอมป์) และวิ่งด้วยพลังงานที่สูงกว่าผู้บันทึกรายก่อนเล็กน้อย (102 กิโลวัตต์เทียบกับ 98 กิโลวัตต์) นี่เป็นข่าวที่ให้กำลังใจเพราะนั่นหมายความว่าเครื่องยนต์สามารถเร่งความเร็วได้เร็วขึ้นซึ่งหมายถึงเวลาเดินทางที่สั้นลง
การทดสอบดำเนินการโดย Scott Hall และ Hani Kamhawi ที่ศูนย์วิจัย NASA Glenn ในคลีฟแลนด์ ในขณะที่ฮอลล์เป็นนักศึกษาปริญญาเอกในสาขาวิศวกรรมการบินและอวกาศที่ U-M, Kamhawi เป็นนักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ NASA Glenn ที่มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากในการพัฒนา X3 นอกจากนี้ Kamhawi ยังเป็นที่ปรึกษา NASA ของ Hall ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสมาคมวิจัยเทคโนโลยีอวกาศของนาซา (NSTRF)
การทดสอบนี้เป็นสุดยอดของการวิจัยมากกว่าห้าปีซึ่งพยายามปรับปรุงการออกแบบฮอลล์เอฟเฟ็กต์ปัจจุบัน เพื่อทำการทดสอบทีมพึ่งพาห้องสูญญากาศของ NASA Glenn ซึ่งปัจจุบันเป็นห้องเดียวในสหรัฐอเมริกาที่สามารถรองรับ X3 thruster ได้ นี่เป็นเพราะปริมาณไอเสียที่ทรัสเตอร์สร้างขึ้นซึ่งอาจส่งผลให้ซีนอนอิออนลอยกลับเข้าไปในพลาสม่าของพลาสมาดังนั้นจึงบิดเบือนผลการทดสอบ
การตั้งค่าของ NASA Glenn เป็นปั๊มเดียวที่มีปั๊มสุญญากาศที่ทรงพลังเพียงพอที่จะสร้างเงื่อนไขที่จำเป็นในการทำความสะอาดไอเสีย Hall และ Kamhawi ยังต้องสร้างแท่นรองรับแบบกำหนดเองเพื่อรองรับเฟรม 227 กก. (500 ปอนด์) ของ X3 และทนต่อแรงที่สร้างขึ้นเนื่องจากพื้นที่ที่มีอยู่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับภารกิจ หลังจากรักษาความปลอดภัยหน้าต่างทดสอบทีมใช้เวลาสี่สัปดาห์ในการเตรียมแท่นวางทรัสเตอร์และตั้งค่าการเชื่อมต่อที่จำเป็นทั้งหมด
ในขณะที่นักวิจัยของนาซ่าวิศวกรและช่างเทคนิคพร้อมให้การสนับสนุน หลังจากการปั๊ม 20 ชั่วโมงเพื่อให้ได้สุญญากาศเหมือนช่องว่างภายในห้อง Hall และ Kamhawi ทำการทดสอบหลายชุดโดยที่เครื่องยนต์จะถูกยิงเป็นเวลา 12 ชั่วโมง ตลอดระยะเวลา 25 วันทีมนำ X3 ขึ้นสู่อำนาจทำลายสถิติระดับปัจจุบันและแรงผลักดัน
เมื่อมองไปข้างหน้าทีมวางแผนที่จะทำการทดสอบเพิ่มเติมในห้องทดลองของ Gallimore ที่ U-M โดยใช้ห้องสุญญากาศที่ได้รับการอัพเกรด การอัปเกรดเหล่านี้จะเป็นกำหนดการที่จะแล้วเสร็จภายในเดือนมกราคม 2561 และจะช่วยให้ทีมสามารถทำการทดสอบในอนาคตได้ การอัพเกรดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการให้เงินสนับสนุน 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐซึ่งส่วนหนึ่งของสำนักงานวิจัยวิทยาศาสตร์กองทัพอากาศได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมจากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion และ U-M
แหล่งจ่ายไฟของ X3 ยังได้รับการพัฒนาโดย Aerojet Rocketdyne ผู้ผลิตจรวดและขีปนาวุธที่ใช้ Sacramento ซึ่งเป็นผู้นำในการจัดหาระบบขับเคลื่อนจาก NASA ภายในฤดูใบไม้ผลิปี 2561 คาดว่าเครื่องยนต์จะถูกรวมเข้ากับระบบพลังงานเหล่านี้ ณ จุดนี้จะมีการทดสอบ 100 ชั่วโมงซึ่งจะดำเนินการอีกครั้งที่ศูนย์วิจัย Glenn
X3 เป็นหนึ่งในสามของต้นแบบที่องค์การนาซ่าตรวจสอบเพื่อปฏิบัติภารกิจในอนาคตกับทีมดาวอังคารซึ่งทั้งหมดนี้มีจุดประสงค์เพื่อลดเวลาในการเดินทางและลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการ นอกเหนือจากการทำภารกิจดังกล่าวให้คุ้มค่ามากขึ้นเวลาในการขนส่งที่ลดลงยังมีจุดประสงค์เพื่อลดจำนวนของนักบินอวกาศด้วยรังสีที่จะถูกเปิดเผยเมื่อพวกเขาเดินทางระหว่างโลกและดาวอังคาร
โครงการดังกล่าวได้รับเงินทุนผ่านเทคโนโลยี Next Space ของการสำรวจหุ้นส่วน (Next-STEP) ของนาซ่าซึ่งสนับสนุนไม่เพียง แต่ระบบขับเคลื่อน แต่ยังรวมถึงระบบที่อยู่อาศัยและการผลิตในอวกาศ
