Når det gælder fremtiden for rumfart, undersøges en række nye teknologier. Blandt disse er der nye former for fremdrift, der vil være i stand til at afbalancere brændstofeffektivitet med magt. Ikke kun ville motorer, der er i stand til at opnå en stor mængde kraft ved hjælp af mindre brændstof, være omkostningseffektive, de vil være i stand til at færge astronauter til destinationer som Mars og videre på kortere tid.
Det er her motorer som X3 Hall-effekt thruster kommer i spil. Denne thruster, der er ved at blive udviklet af NASAs Glenn Research Center i samarbejde med US Air Force og University of Michigan, er en opskaleret model af den slags thrustere, der bruges af Daggry rumfartøj. Under en nylig test knuste denne thruster den forrige rekord for en Hall-effekt thruster, hvilket opnåede højere styrke og overlegen træk.
Hall-effekt-thrustere har fået fordel hos missionsplanlæggere i de senere år på grund af deres ekstreme effektivitet. De fungerer ved at omdanne små mængder drivmiddel (normalt inerte gasser som xenon) til ladet plasma med elektriske felter, som derefter accelereres meget hurtigt ved hjælp af et magnetfelt. Sammenlignet med kemiske raketter kan de opnå tophastigheder ved hjælp af en lille brøkdel af deres brændstof.
En hidtil største udfordring har imidlertid været at opbygge en Hall-effekt-thruster, der også er i stand til at opnå høje niveauer af drivkraft. Selvom de brændstofeffektive producerer, producerer traditionelle ionmotorer typisk kun en brøkdel af trykket produceret af raketter, der er afhængige af fast-kemiske drivstoffer. Derfor har NASA udviklet den opskalerede model X3 thruster sammen med sine partnere.
Udviklingen af thrusteren er blevet overvåget af Alec Gallimore, professor i rumfartsteknik og Robert J. Vlasic dekan for ingeniørvidenskab ved University of Michigan. Som han anførte i en nylig pressemeddelelse fra Michigan News:
”Mars-missioner er lige ved horisonten, og vi ved allerede, at Hall-thrustere fungerer godt i rummet. De kan optimeres enten til at bære udstyr med minimal energi og drivmiddel i løbet af et år eller deromkring eller til hastighed - at transportere besætningen til Mars meget hurtigere. ”
I nylige tests knuste X3 den forrige skyverekord, der blev indstillet af en Hall-thruster, og opnåede 5,4 newton styrke sammenlignet med den gamle rekord på 3,3 newton. X3 også mere end fordoblet driftsstrømmen (250 ampere vs. 112 ampere) og løb med en lidt højere effekt end den tidligere rekordholder (102 kilowatt vs. 98 kilowatt). Dette var opmuntrende nyheder, da det betyder, at motoren kan tilbyde hurtigere acceleration, hvilket betyder kortere køretider.
Testen blev gennemført af Scott Hall og Hani Kamhawi ved NASA Glenn Research Center i Cleveland. Mens Hall er en doktorand i rumfartsteknologi ved U-M, er Kamhawi NASA Glenn-forsker, der har været meget involveret i udviklingen af X3. Derudover er Kamhawi også Halls NASA-mentor, som en del af NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Denne test var kulminationen på mere end fem års forskning, der forsøgte at forbedre de nuværende Hall-effekt-design. For at gennemføre testen, stod teamet på NASA Glenns vakuumkammer, som i øjeblikket er det eneste kammer i USA, der kan håndtere X3-thrusteren. Dette skyldes den store mængde udstødning, som thrusteren producerer, hvilket kan resultere i, at ioniseret xenon trækker tilbage i plasmastrømmen, hvilket skæv testresultaterne.
NASA Glenns opsætning er den eneste med en vakuumpumpe, der er kraftig nok til at skabe de nødvendige betingelser for at holde udstødningen ren. Hall og Kamhawi var også nødt til at bygge et brugerdefineret trækstativ til at understøtte X3s ramme på 227 kg (500 pund) og modstå den kraft, det genererer, da eksisterende stativer ikke var op til opgaven. Efter at have sikret et testvindue tilbragte teamet fire uger på at præppe stativet, thrusteren og oprette alle de nødvendige forbindelser.
Hele tiden var NASA-forskere, ingeniører og teknikere klar til at yde støtte. Efter 20 timers pumping for at opnå et rumlignende vakuum inde i kammeret gennemførte Hall og Kamhawi en række tests, hvor motoren ville blive fyret i 12 timer i rækkefølge. I løbet af 25 dage bragte holdet X3 op til sin rekordstore styrke, nuværende og skyde niveauer.
Når man ser fremad, planlægger teamet at gennemføre flere test i Gallimores laboratorium på U-M ved hjælp af et opgraderet vakuumkammer. Disse opgraderinger er planer, der skal afsluttes i januar 2018, og vil gøre det muligt for teamet at gennemføre fremtidige tests internt. Denne opgradering blev muliggjort takket være et tilskud på $ 1 million USD, delvist bidraget af Luftforsvarets kontor for videnskabelig forskning, med yderligere støtte fra Jet Propulsion Laboratory og U-M.
X3's strømforsyninger udvikles også af Aerojet Rocketdyne, den Sacramento-baserede raket- og missilfremdrivelsesproducent, der også er førende for fremdrivningssystemtilskuddet fra NASA. I foråret 2018 forventes motoren at blive integreret med disse kraftsystemer; på hvilket tidspunkt en serie af 100-timers tests, der igen vil blive udført på Glenn Research Center.
X3 er en af tre prototyper, som NASA undersøger for fremtidige besætningsopgaver til Mars, som alle er beregnet til at reducere rejsetider og reducere den nødvendige mængde brændstof. Ud over at gøre sådanne missioner mere omkostningseffektive er de reducerede transittider også beregnet til at reducere mængden af stråling, som astronauter vil blive udsat for, når de rejser mellem Jorden og Mars.
Projektet finansieres gennem NASAs Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP), der understøtter ikke kun fremdrivningssystemer, men også habitatsystemer og fremstilling i rummet.
