A NASA desenvolveu uma tecnologia de propulsão avançada para facilitar futuras missões de exploração planetária usando pequenas naves espaciais. Esta tecnologia não só permitirá novos tipos de missões científicas planetárias, como um dos parceiros comerciais da NASA já está a preparar-se para a utilizar para outro propósito – prolongar a vida útil das naves espaciais que já estão em órbita.



Identificar a oportunidade para a indústria utilizar esta nova tecnologia não só avança o objectivo da NASA de comercialização de tecnologia, como também poderia criar um caminho para a NASA adquirir esta importante tecnologia da indústria para utilização em futuras missões planetárias.

A nova tecnologia

Missões científicas planetárias usando pequenas espaçonaves serão obrigadas a realizar manobras propulsivas desafiadoras - como alcançar velocidades de escape planetárias, captura de órbita e muito mais - que exigem uma capacidade de mudança de velocidade (delta-v) bem superior às necessidades comerciais típicas e ao estado atual -da-arte. Portanto, a tecnologia número 1 para essas missões de pequenas espaçonaves é um sistema de propulsão elétrica que pode executar essas manobras de alto delta-v.

O sistema de propulsão deve operar usando baixa potência (subquilowatt) e ter alto rendimento de propelente (ou seja, a capacidade de usar uma grande massa total de propelente ao longo de sua vida útil) para permitir o impulso necessário para executar essas manobras.

Depois de muitos anos de pesquisa e desenvolvimento, pesquisadores do Glenn Research Center (GRC) da NASA criaram um sistema de propulsão elétrica para pequenas espaçonaves para atender a essas necessidades – o propulsor de efeito Hall de sub-quilowatts NASA-H71M. Além disso, a comercialização bem-sucedida deste novo propulsor fornecerá em breve pelo menos uma dessas soluções para permitir a próxima geração de missões científicas de pequenas naves espaciais que requerem até incríveis 8 km/s de delta-v.

Este feito técnico foi conseguido através da miniaturização de muitas tecnologias avançadas de propulsão eléctrica solar de alta potência desenvolvidas ao longo da última década para aplicações como o Elemento de Energia e Propulsão do Gateway, a primeira estação espacial da humanidade em torno da Lua.

Benefícios desta tecnologia para a exploração planetária

Pequenas espaçonaves usando a tecnologia de propulsão elétrica NASA-H71M serão capazes de manobrar de forma independente da órbita baixa da Terra (LEO) para a Lua ou mesmo de uma órbita de transferência geossíncrona (GTO) para Marte.

Esta capacidade é especialmente notável porque as oportunidades de lançamento comercial para LEO e GTO tornaram-se rotina, e o excesso de capacidade de lançamento de tais missões é frequentemente vendido a baixo custo para implantar naves espaciais secundárias. A capacidade de conduzir missões originadas nessas órbitas próximas à Terra pode aumentar muito a cadência e reduzir o custo das missões científicas lunares e de Marte.

Esta capacidade de propulsão também aumentará o alcance das naves espaciais secundárias, que têm sido historicamente limitadas a alvos científicos alinhados com a trajetória de lançamento da missão primária. Esta nova tecnologia permitirá que as missões secundárias se desviem substancialmente da trajetória da missão primária, o que facilitará a exploração de uma gama mais ampla de alvos científicos.

Além disso, essas missões científicas de espaçonaves secundárias normalmente teriam apenas um curto período de tempo para coletar dados durante um sobrevôo em alta velocidade de um corpo distante. Esta maior capacidade propulsora permitirá a desaceleração e a inserção orbital em planetóides para estudos científicos de longo prazo.

Além disso, pequenas naves espaciais equipadas com uma capacidade propulsiva tão significativa estarão melhor equipadas para gerir mudanças de fase final na trajetória de lançamento da missão principal. Tais mudanças são frequentemente um grande risco para missões científicas de pequenas naves espaciais com capacidade propulsiva a bordo limitada que dependem da trajetória inicial de lançamento para atingir o seu objetivo científico.

Aplicações comerciais

As megaconstelações de pequenas espaçonaves que agora se formam em órbitas baixas da Terra fizeram dos propulsores de efeito Hall de baixa potência o sistema de propulsão elétrica mais abundante usado atualmente no espaço. Esses sistemas usam propelente de maneira muito eficiente, o que permite inserção em órbita, retirada de órbita e muitos anos evitando colisões e redefinição de fase.

No entanto, o design consciente dos custos destes sistemas de propulsão eléctrica comercial limitou inevitavelmente a sua capacidade de vida a menos de alguns milhares de horas de operação e estes sistemas só podem processar cerca de 10% ou menos da massa inicial de uma pequena nave espacial em propelente.

Em contraste, as missões científicas planetárias que beneficiam da tecnologia do sistema de propulsão eléctrica NASA-H71M poderiam operar durante 15.000 horas e processar mais de 30% da massa inicial da pequena nave espacial em propelente.

Esta capacidade revolucionária está muito além das necessidades da maioria das missões comerciais LEO e tem um custo adicional que torna improvável a comercialização de tais aplicações. Portanto, a NASA procurou e continua a procurar parcerias com empresas que desenvolvem conceitos inovadores de missões comerciais para pequenas naves espaciais com requisitos de produção de propulsores invulgarmente grandes.

Um parceiro que em breve utilizará a tecnologia de propulsão eléctrica licenciada da NASA numa aplicação comercial de pequenas naves espaciais é a SpaceLogistics, uma subsidiária integral da Northrop Grumman. O veículo de manutenção de satélite Mission Extension Pod (MEP) está equipado com um par de propulsores de efeito Hall Northrop Grumman NGHT-1X, cujo design é baseado no NASA-H71M.

A grande capacidade propulsiva da pequena espaçonave permitirá que ela alcance a órbita terrestre geossíncrona (GEO), onde será montada em um satélite muito maior. Uma vez instalado, o MEP servirá como um “jet pack de propulsão” para prolongar a vida útil da sua nave hospedeira por pelo menos seis anos.

A Northrop Grumman está atualmente conduzindo um teste de desgaste de longa duração (LDWT) do NGHT-1X na Unidade de Vácuo 11 do GRC para demonstrar sua capacidade operacional completa de vida útil. O LDWT é financiado pela Northrop Grumman através de um Acordo da Lei Espacial totalmente reembolsável. Espera-se que as primeiras espaçonaves MEP sejam lançadas em 2025, onde prolongarão a vida útil de três satélites de comunicação GEO.

Colaborar com a indústria dos EUA para encontrar aplicações de pequenas espaçonaves com requisitos de propulsão semelhantes às futuras missões científicas planetárias da NASA não apenas apoia a indústria dos EUA a permanecer líder global em sistemas espaciais comerciais, mas também cria novas oportunidades comerciais para a NASA adquirir essas tecnologias importantes conforme as missões planetárias as exigem. .

A NASA continua a amadurecer as tecnologias de propulsão elétrica H71M para expandir a gama de dados e documentação disponíveis para a indústria dos EUA com o propósito de desenvolver dispositivos de propulsão elétrica de baixa potência igualmente avançados e altamente capazes.

Fornecido pela NASA