La NASA ha desarrollado tecnología de propulsión avanzada para facilitar futuras misiones de exploración planetaria utilizando pequeñas naves espaciales. Esta tecnología no sólo permitirá nuevos tipos de misiones científicas planetarias, sino que uno de los socios comerciales de la NASA ya se está preparando para utilizarla con otro propósito: extender la vida útil de las naves espaciales que ya están en órbita.
Identificar la oportunidad para que la industria utilice esta nueva tecnología no sólo promueve el objetivo de comercialización de tecnología de la NASA, sino que también podría crear un camino para que la agencia quiera esta importante tecnología de la industria para Úselo en futuras misiones planetarias.
Las misiones científicas planetarias que utilicen naves espaciales pequeñas deberán realizar maniobras de propulsión desafiantes, como lograr velocidades de escape planetario, captura de órbita y más, lo que requerirá una capacidad de cambio de velocidad (delta-v) muy superior a las necesidades comerciales típicas. y el estado actual del arte. Por lo tanto, la principal tecnología habilitadora para estas pequeñas misiones de naves espaciales es una sistema de propulsión eléctrica que puede ejecutar estas maniobras de alto delta-v. El sistema de propulsión debe funcionar a baja potencia (subkilovatios) y tener una alta eficiencia del propulsor (es decir, la capacidad de utilizar una gran masa total de propulsor durante su vida útil) para permitir el empuje necesario para ejecutar estas maniobras.
Después de muchos años de investigación y desarrollo, investigadores del Centro de Investigación Glenn (GRC) de la NASA han creado un sistema de propulsión eléctrica para pequeñas naves espaciales para satisfacer estas necesidades: el Propulsor de efecto Hall de subkilovatio Nasa-H71M. Además, la exitosa comercialización de este nuevo propulsor pronto proporcionará al menos una solución que permitirá la próxima generación de misiones científicas de pequeñas naves espaciales que requerirán hasta ocho kilómetros por segundo de delta-v. Esta hazaña técnica se logró miniaturizando muchas tecnologías avanzadas de propulsión eléctrica solar de alta potencia desarrolladas durante la última década para aplicaciones como el elemento de potencia y propulsión de Gateway, la primera estación espacial de la humanidad alrededor de la Luna.
Beneficios de esta tecnología
Pequeña nave espacial que utiliza tecnología de propulsión eléctrica NASA-H71M Podrán maniobrar de forma independiente desde la órbita terrestre baja (LEO) a la Luna o incluso desde una órbita de transferencia geosincrónica (GTO) a Marte. Esta capacidad es especialmente notable porque las oportunidades de lanzamiento comercial a LEO y GTO se han vuelto rutinarias, y el exceso de capacidad de lanzamiento de tales misiones a menudo se vende a bajo costo para desplegar naves espaciales secundarias. La capacidad de realizar misiones que se originen en estas órbitas cercanas a la Tierra puede aumentar en gran medida la cadencia y reducir el costo de las misiones científicas a la Luna y Marte.
Esta capacidad de propulsión también aumentará el alcance de las naves espaciales secundarias, que históricamente se han limitado a objetivos científicos que se alinean con la trayectoria de lanzamiento de la misión principal. Esta nueva tecnología permitirá que las misiones secundarias se desvíen sustancialmente de la trayectoria de la misión principal, facilitando la exploración de una gama más amplia de objetivos científicos.
Además, estas misiones científicas de naves espaciales secundarias normalmente tendrían sólo un corto período de tiempo para recopilar datos durante un sobrevuelo a alta velocidad de un cuerpo distante. Esta mayor capacidad de propulsión permitirá la desaceleración y la inserción orbital en planetoides para estudios científicos a largo plazo.
Además, las naves espaciales pequeñas equipadas con una capacidad de empuje tan significativa estarán mejor equipadas para gestionar los cambios de última etapa en la trayectoria de lanzamiento de la misión principal. Estos cambios suelen ser un riesgo importante para las misiones científicas de pequeñas naves espaciales con capacidad propulsora a bordo limitada que dependen de la trayectoria de lanzamiento inicial para lograr su objetivo científico.
Aplicaciones de negocios
Las megaconstelaciones de pequeñas naves espaciales que se forman actualmente en órbitas terrestres bajas han convertido a los propulsores de efecto Hall de baja potencia en el sistema de propulsión eléctrica más abundante utilizado en el espacio en la actualidad. Estos sistemas utilizan propulsor de manera muy eficiente, lo que permite la inserción en órbita, la salida de órbita y muchos años de prevención y reprogramación de colisiones. Sin embargo, el diseño económico de estos sistemas de propulsión eléctrica comerciales ha limitado inevitablemente su vida útil a menos de unos pocos miles de horas de funcionamiento y Estos sistemas sólo pueden procesar alrededor del 10% o menos de la masa inicial de una nave espacial pequeña en propulsor.
Por el contrario, las misiones científicas planetarias que se benefician de la tecnología del sistema de propulsión eléctrica NASA-H71M Podrían funcionar durante 15.000 horas y procesar más del 30% de la masa inicial de la pequeña nave espacial en propulsor. Esta capacidad innovadora va mucho más allá de las necesidades de la mayoría de las misiones comerciales LEO y tiene un costo superior que hace que la comercialización de tales aplicaciones sea poco probable. Por lo tanto, la NASA buscó y continúa buscando asociaciones con empresas que desarrollan conceptos innovadores de misiones de naves espaciales comerciales pequeñas con requisitos de rendimiento de propulsor inusualmente grandes.
Un socio que pronto utilizará tecnología de propulsión eléctrica con licencia de la NASA en una aplicación comercial para naves espaciales pequeñas es SpaceLogistics, una subsidiaria de propiedad total de Northrop Grumman. El vehículo de servicio satelital Mission Extension Pod (MEP) está equipado con un par de propulsores de efecto Hall Northrop Grumman NGHT-1X, cuyo diseño se basa en el NASA-H71M. La alta capacidad de propulsión de la pequeña nave espacial le permitirá alcanzar la órbita terrestre geosincrónica (GEO), donde será montada en un satélite mucho más grande. Una vez instalado, el MEP servirá como un “jetpack de propulsión” para extender la vida útil de su nave espacial anfitriona durante al menos seis años.
Northrop Grumman está realizando actualmente una prueba de desgaste de larga duración (LDWT) del NGHT-1X en GRC Vacuum Facility 11 para demostrar su capacidad operativa de por vida. El LDWT está financiado por Northrop Grumman a través de un Acuerdo de Ley Espacial totalmente reembolsable. Se espera que la primera nave espacial MEP se lance en 2025, donde extenderán la vida útil de tres satélites de comunicaciones GEO.
Colaborar con la industria estadounidense para encontrar aplicaciones de naves espaciales pequeñas con requisitos de propulsión similares a las futuras misiones científicas planetarias de la NASA no sólo ayuda a la industria estadounidense a seguir siendo un líder mundial en sistemas espaciales comerciales, sino que crea nuevas oportunidades comerciales para la NASA adquirir estas importantes tecnologías a medida que las misiones planetarias las requieran.
La NASA continúa madurando las tecnologías de propulsión eléctrica del H71M para ampliar la gama de datos y documentación disponibles para la industria estadounidense para desarrollar dispositivos de propulsión eléctrica de baja potencia igualmente avanzados y altamente capaces.
