Energooszczędne silniki jonowe T6 wyślą BepiColombo na Merkurego do 2024 roku

Najprostszym sposobem wyjaśnienia korzyści z eksploracji kosmosu za pomocą jonowego pędnika nad rakietą jest porównanie ich w prostym stylu „Żółw i zając”: szybszy z dwóch - w tym przypadku rakieta - nie zawsze wygrywa wyścig.

„Zając to system napędu chemicznego i misja, w której możesz strzelać głównym silnikiem przez 30 minut lub godzinę, a następnie przez większą część misji, którą podróżujesz”, mówi Michael Patterson, starszy technolog w programie NASA „In-Space Propulsion Technologies” Odwrotność. „Dzięki napędowi elektrycznemu jest to jak żółw, ponieważ bardzo wolno w początkowej prędkości statku kosmicznego, ale ciągle pchacie się przez bardzo długi czas - wiele tysięcy godzin - a następnie statek kosmiczny kończy wychwytując bardzo dużą deltę do prędkości. ”

Pędniki jonowe będą używane w misji Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) na Merkurym. BepiColombo (być może najbardziej brytyjski sondujący do tej pory statek kosmiczny) wystartuje w 2017 r., Przeleci nad Wenus w 2019 r. I 2020 r. I zostanie schwytany przez grawitację Merkurego w 2024 r.

Statek kosmiczny użyje specjalnie zaprojektowanych silników odrzutowych T6, które umożliwią ESA badanie najgłębszej planety naszej galaktyki w czasie trwania misji prawie siedmiu lat. Dwie orbity ESA i Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA) wdrożone przez BepiColombo będą również w stanie analizować powierzchnię planety przez jeden rok ziemski.

Logistyka długiej podróży nie byłaby możliwa bez technologii sterów jonowych, którą Patterson rozwijał od lat jako inżynier projektu dla misji NASA Deep Space 1 Dawn i głównego badacza w systemie napędowym NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT). Mówi, że technologia oferuje znacznie wyższą oszczędność paliwa, możliwość kontynuowania dłuższych misji (takich jak ta podejmowana przez BepiColombo) i mniej kosztowną procedurę zakazu startu. Obecnie, jak mówi, 50 procent masy rakiety jest przeznaczone na propelenty chemiczne.

„Z typowymi silnikami rakietowymi wydajesz połowę swojego pojazdu (masy), aby wprawić pojazd w ruch kosmiczny, aby móc przesuwać wszystko, co chcesz, do następnej lokalizacji” - mówi Patterson. „Eliminując ten system napędu chemicznego na pokładzie statku kosmicznego i wprowadzając napęd elektryczny, można radykalnie zmienić tę liczbę na może 10, 15 lub 20 procent całkowitej masy”.

Pyłowe silniki elektrostatyczne jonowe, takie jak T6, wykorzystują ksenon jako gaz pędny. Inżynier napędowy ESA Neil Wallace powiedział w wydaniu, że zakładając „tę samą masę paliwa”, silniki T6 mogą nawet przyspieszyć do prędkości „15 razy większej niż konwencjonalny pędnik chemiczny”.

Opracowanie efektywnych kosztowo sposobów uruchamiania rakiet było oczywiście przedmiotem zainteresowania SpaceX, ponieważ firma założona przez Elona Muska niedawno zademonstrowała, że ​​może ponownie wykorzystać rakiety i wylądować na dronach w oceanie.

Jednakże, napęd jonowy, który będzie dobrodziejstwem dla kosztów paliwa do eksploracji kosmosu, postępował z prędkością „lodowcową”, podkreśla Patterson.

„Stopień zastosowania technologii przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną jest dość niski”, mówi. „Jeśli mówimy o elektronice użytkowej, pomiędzy koncepcją a aplikacją, zajmuje to od 9 do 12 miesięcy. Kolejne jonowe systemy napędowe, które zastępują silniki, które zbudowałem i przetestowałem 15 lat temu w tym miesiącu; mówimy o najwcześniejszym jego zastosowaniu w 2021 r. ”

NASA w tym tygodniu przyznała kalifornijskiej firmie Aerojet Rocketdyne 36-miesięczną umowę o wartości 67 mln USD na opracowanie silników jonowych zasilanych energią słoneczną, które mogą wydłużyć okres eksploatacji nawet dłużej niż wysokosprawne silniki jonowe zasilane paliwem na pokładzie BepiColombo.

Na razie silniki jonowe T6 napędzające podróż BepiColombo EAS, wraz z pomocą silników odrzutowych napędzanych energią słoneczną i chemiczną, będą wystarczająco zaradne, aby sterować statkiem kosmicznym przez całą misję siedmioletnią, podczas gdy naukowcy w przeszłości mieli polegać na metodzie procy wykorzystującej przyciąganie grawitacyjne planety - Marsjanin styl.

Misja EAS zbliża się wielkimi krokami i agencja właśnie zakończyła testy nowych silników odrzutowych T6, które są większym bratem T5 w tym tygodniu. Patterson mówi, że NASA wprowadzi również kilka misji opartych na sterach jonowych w latach 2020-tych.

Patterson mówi, że NASA przeprowadziła już orbitalny nadzór nad wszystkimi „względnie łatwymi” obiektami z napędem chemicznym, ale będzie potrzebować systemów jonowych, aby dotrzeć do celów o wyższej wartości, takich jak mniejsze, dalej sięgające księżyce i asteroidy, które są trudniejsze do orbitowania bez stałe zdolności korekcyjne steru jonowego.

„Teraz docieracie do bardziej interesujących nauk, takich jak wchodzenie na orbity księżyców Saturna lub Jowisza lub Marsa i robienie intrygującej nauki, gdzie istnieje potencjał do testowania życia gdzie indziej” - mówi Patterson. „Są to cele o wysokiej wartości naukowej, ale naprawdę trudno je osiągnąć z punktu widzenia napędu”.