NASA’s Office of Space Science w Waszyngtonie ogłosił, że został wybrany zespół naukowy, który zajmie się rozwojem idei zaawansowanego jonowego systemu napędowego – alternatywy dla konwencjonalnego chemicznego napędu, który mógłby zrewolucjonizować sposób, w jaki będziemy wysyłać misje naukowe w naszym Układzie Słonecznym. Drugi zespół został wyselekcjonowany, by zająć się rozwojem jonowej optyki, będącej ważnym składnikiem silników jonowych.

Agencja Glenn Research Center w Cleveland została wybrana, by pokierować rozwojem projektu NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT – Nasowski Ewolucyjny Ksenonowy Napęd), który będzie używał gazu ksenonowego i energii elektrycznej do kierowania przyszłym statkiem kosmicznym. Ponadto zespół kierowany przez Boeing Electron Dynamic Devices z Torrance został wybrany, by prowadzić rozwój, produkcję i testy bazującej na węglu optyki jonowej, krytycznych składników wysokoenergetycznych silników jonowych, które tradycyjnie ograniczały czas życia silnika.

Silnik jonowy NEXT jest kolejnym ekscytującym krokiem w badaniach nad napędem jonowym i wspomoże całe mnóstwo ambitnych kosmicznych misji badawczych” – powiedziała Carol Carroll, kierująca In-Space Propulsion (ISP) Program w Waszyngtonie.

Projekt NEXT został zaplanowany jako dwuetapowy wysiłek. Pierwszą fazę stanowi roczny okres czasu, kiedy to ma zostać zaprojektowana, zbudowana i przetestowana wstępna wersja silnika jonowego, system doprowadzania paliwa oraz jednostka przetwarzająca energię, która dokona konwersji energii z tablic słonecznych na formy zdatne do użycia w silniku jonowym. Pod koniec tej fazy, NASA przećwiczy fazę drugą – opcję skompletowania wyposażenia sprzętowego i zintegrowania komponentów w całkowicie funkcjonalny system.

Całkowita potencjalna wartość kontraktu przyznanego Glenn na okres najbliższych trzech i pół roku wynosi około 21 milionów dolarów. Natomiast kontrakt przyznany Boeingowi szacuje się na 4 miliony dolarów. Cała operacja będzie kosztować NASA 27 milionów dolarów.

Jonowe systemy napędzające konwertują energię elektryczną i ksenonowego napędu na wylatujące z dużą prędkością jony, które nadają potencjalnemu statkowi kosmicznego przyspieszenie paliwem o około dziesięciokrotnie większej efektywności niż konwencjonalny napęd chemiczny.

Technologie takie jak napęd jonowy są kluczem do umożliwienia skrócenia czasu trwania poszczególnych misji, co jednocześnie wiąże się z obniżeniem kosztów, a co za tym idzie – ze zwiększeniem ilości misji” – powiedział Les Johnson, kierownik In-Space Propulsion w Marshall Space Flight Center w Huntsville w Alabamie. The Marshall Center będzie zarządzać oboma nowymi kontraktami.

Jonowy silnik rakietowy konwertuje energię elektryczną i ksenonowego gazu w wysokoprędkościowy lot pozytywnie naładowanych jonów (jonów z ładunkiem dodatnim). Metalowe siatki, wywierające wpływ na siłę elektrostatyczną akcelerują te jony, w większości tą samą drogą liczne jądra są ciągnięte w kierunku statycznie naładowanego grzebienia, ale z drastycznie odmiennym efektem. Przyspieszone jony pozostawiają silnik z możliwością osiągnięcia prędkości do 160 000 kilometrów na godzinę, popychając statek kosmiczny do przodu. Rezultat końcowy to wysokokaloryczne, niekonwencjonalne paliwo o wydajności niemal dziesięciokrotnie większej od klasycznego.

Rozbudowa programu badań napędu jonowego jest możliwa dzięki podwalinom stworzonym przez sukces misji Deep Space 1, sondy wystrzelonej w 1998 roku w celu zweryfikowania zaawansowanej technologii lotu. Deep Space 1 był napędzany rakietowym silnikiem jonowym o średnicy zaledwie 30 centymetrów, który przyspieszył sondę do prękości ponad 14 000 kilometrów na godzinę w 20-miesięcznym okresie czasu.

Deep Space 1 tworzył historię podczas przelotu w pobliżu komety Borrelly we wrześniu 2001 roku, kiedy to przesłał najczystsze zdjęcia i najlepsze dane naukowe, jakie kiedykolwiek udało nam się zgromadzić na temat komety. Sukces misji Deep Space 1 był pierwszym krokiem w eksploatacji wysokoenergetycznego napędu jonowego w szerokiej klasie przyszłych misji kosmicznych, włączając ewentualne wyprawy na inne planety Układu Słonecznego. Silnik jonowy NEXT będzie zdolny do przenoszenia znacznych ilości ładunku, ponadto będzie się charakteryzować dłuższą żywotnością niż silnik sondy Deep Space 1.

In-Space Propulsion Program poszukuje dróg rozwoju zaawansowanych technologii napędowych, które udostępnią nam lub znacznie zwiększą zasięg bliskich i średnioodległych misji naukowych NASA przez znaczącą redukcję kosztów, masy i/lub czasu podróży.

Autor

Łukasz Wiśniewski