Thruster for Marsmission bricht Rekorde

Anonim

Eine fortschrittliche Weltraummaschine im Rennen, um Menschen zum Mars zu befördern, hat die Rekorde für den Betrieb von Strom, Leistung und Schub für ein Gerät dieser Art gebrochen, das als Hall-Triebwerk bekannt ist.

Die Entwicklung des Triebwerks wurde von Alec Gallimore, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Michigan und Robert J. Vlasic Dean of Engineering, geleitet.

Hall-Triebwerke bieten einen außergewöhnlich effizienten Plasma-basierten Raumfahrzeugantrieb, indem sie kleine Mengen von Treibstoff sehr schnell mittels elektrischer und magnetischer Felder beschleunigen. Sie können Spitzengeschwindigkeiten mit einem winzigen Bruchteil des in einer chemischen Rakete benötigten Treibstoffs erreichen.

"Mars-Missionen sind am Horizont, und wir wissen bereits, dass Hall-Triebwerke gut im Weltraum funktionieren", sagte Gallimore. "Sie können entweder für den Transport von Ausrüstung mit minimaler Energie und Treibstoff während eines Jahres optimiert werden oder für eine schnellere Beförderung der Besatzung zum Mars."

Die Herausforderung besteht darin, sie größer und leistungsfähiger zu machen. Der X3, ein von Forschern von UM, NASA und der US-Luftwaffe entworfener Hall-Thruster, erschütterte den bisherigen Schubrekord eines Hall-Triebwerks mit 5, 4 Newton Kraft im Vergleich zu 3, 3 Newton. Die Verbesserung des Schubs ist besonders wichtig für die bemannte Mission - es bedeutet schnellere Beschleunigung und kürzere Reisezeiten. Der X3 hat den Betriebsstromrekord mehr als verdoppelt (250 Ampere gegenüber 112 Ampere) und lief mit einer etwas höheren Leistung (102 Kilowatt gegenüber 98 Kilowatt).

Der X3 ist einer von drei Prototyp-Mars-Motoren, die mit finanzieller Unterstützung der NASA in ein komplettes Antriebssystem umgewandelt werden. Scott Hall, Doktorand in Luft- und Raumfahrttechnik bei UM, führte die Tests im Glenn Research Center der NASA in Cleveland durch, zusammen mit Hani Kamhawi, einem Glenn-Wissenschaftler der NASA, der maßgeblich an der Entwicklung des X3 beteiligt war. Die Experimente waren der Höhepunkt von mehr als fünf Jahren des Baus, der Prüfung und der Verbesserung des Bugstrahlruders.

Die NASA Glenn, die auf solarelektrischen Antrieb spezialisiert ist, ist derzeit die einzige Vakuumkammer in den USA, die mit dem X3-Triebwerk umgehen kann. Das Triebwerk produziert so viel Abgas, dass Vakuumpumpen in anderen Kammern nicht mithalten können. Dann kann Xenon, das aus dem hinteren Teil des Triebwerks geschossen wurde, in die Plasmaflamme zurückdriften und die Ergebnisse matschig machen. Aber ab Januar 2018 wird ein Upgrade der Vakuumkammer im Labor von Gallimore das Testen von X3 direkt bei UM ermöglichen.

Vorerst hatte das X3-Team von Ende Juli bis August dieses Jahres ein Testfenster, beginnend mit vier Wochen, um den Schubständer zu installieren, das Bugstrahlruder zu montieren und das Bugstrahlruder mit Xenon und Stromversorgungen zu verbinden. Hall hatte einen Custom-Schubständer gebaut, um das 500-Pfund-Gewicht des X3 zu tragen und seiner Kraft standzuhalten, da bestehende Stände unter ihm zusammenbrechen würden. Während des gesamten Prozesses wurden Hall und Kamhawi von NASA-Forschern, Ingenieuren und Technikern unterstützt.

"Der große Moment ist, wenn Sie die Tür schließen und die Kammer runterpumpen", sagte Hall.

Nach den 20 Stunden des Pumpens, um ein raumartiges Vakuum zu erreichen, verbrachten Hall und Kamhawi 12 Stunden damit, den X3 zu testen.

Selbst kleine Brüche fühlen sich wie große Probleme an, wenn es Tage braucht, um Luft nach und nach wieder in die Kammer zu bringen, hineinzukommen, um die Reparatur zu machen, und die Luft wieder zurück pumpen. Aber trotz der Herausforderungen brachten Hall und Kamhawi den X3 in den 25 Testtagen zu seiner rekordverdächtigen Kraft, Strömung und Schubkraft.

Mit Blick auf die Zukunft wird der X3 endlich in die von Aerojet Rocketdyne, einem Raketen- und Raketenantriebshersteller, entwickelten Stromversorgungen integriert und wird von der NASA mit dem Antriebssystem unterstützt. Im Frühjahr 2018 erwartet Hall, dass er wieder bei der NASA Glenn sein wird, um einen 100-Stunden-Test des X3 mit dem Energieverarbeitungssystem von Aerojet Rocketdyne durchzuführen.

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