Az űrkutatás jövője kapcsán számos új technológiát vizsgálnak. Ezek közül elsősorban a meghajtás új formái vannak, amelyek képesek egyensúlyba hozni az üzemanyag-hatékonyságot a hatalommal. Nem csak a motorok, amelyek kevesebb üzemanyag felhasználásával képesek nagy nyomást elérni, költséghatékonyak lesznek, hanem rövidebb idő alatt képesek lesznek űrhajósokat átjuttatni olyan helyekre, mint a Mars és azon túl.
Ebben az esetben kerülnek játékba az olyan motorok, mint az X3 Hall-effektusos hevederek. Ez a lökhárító, amelyet a NASA Glenn Kutatóközpontja fejlesztett ki az USA légierővel és a Michigan-i Egyetemmel együttműködésben, egy méretarányos modell a Hajnal űrhajó. Egy nemrégiben elvégzett teszt során ez a próbabábu összetört a Hall-effektusos rúd korábbi rekordjával, magasabb teljesítményt és nagyobb tolóerőt érve el.
A hall-effektusok rendkívüli hatékonyságuk miatt az utóbbi években kedvelték a missziók tervezőit. Úgy működnek, hogy kis mennyiségű hajtóanyagot (általában inert gázokat, például xenont) elektromos mezõkkel töltött plazmává alakítanak, amelyet egy mágneses mezõ segítségével nagyon gyorsan felgyorsítanak. A kémiai rakétákhoz képest az üzemanyaguk apró hányadával maximális sebességet érhetnek el.
Eddig nagy kihívást jelentett egy olyan Hall-effektusos hajtómű építése, amely magas szintű tolóerőt is képes elérni. Az üzemanyag-hatékonyság mellett a hagyományos ionmotorok általában csak a szilárd kémiai hajtóanyagokra támaszkodó rakéták által termelt tolóerőnek csak a hányadát bocsátják ki. Ezért fejlesztette a NASA a partnereivel közösen a méretarányos X3-os tolóerőt.
A lökhárító fejlesztését Alec Gallimore, a repülés és űrmérnök professzora és a Robert Michigan Egyetem Robert Vlasic mérnöki dékánja felügyelte. Amint azt a Michigan News nemrégiben megjelent sajtóközleményében jelezte:
„A Mars küldetései csak a láthatáron vannak, és már tudjuk, hogy a Hall tolóberendezések jól működnek az űrben. Optimalizálhatók akár minimális energiájú és hajtóanyaggal rendelkező berendezések szállítására egy év alatt, vagy akár sebességre - a legénység sokkal gyorsabb szállítása a Marsra. ”
A legutóbbi tesztek során az X3 összetört a Hall rázógép által beállított korábbi tolóerő-rekordon, és 5,4 newton erőt ért el a régi 3,3 newton rekordhoz képest. Az X3 az üzemi áramot is több mint kétszeresére növelte (250 amper vs. 112 amper), és valamivel nagyobb teljesítménnyel haladt, mint az előző rekordőr (102 kilovatt vs 98 kilovatt). Ez biztató hír volt, mivel azt jelenti, hogy a motor gyorsabb gyorsulást tud nyújtani, ami rövidebb utazási időt jelent.
A tesztet Scott Hall és Hani Kamhawi végezték a Clevelandi NASA Glenn Kutatóközpontban. Míg Hall az U-M repülőgép-műszaki doktori hallgatója, Kamhawi a NASA Glenn kutatója, aki nagymértékben részt vett az X3 fejlesztésében. Ezen felül Kamhawi a NASA mentorje a NASA Űrtechnológiai Kutatási Ösztöndíjának (NSTRF) részeként.
Ez a teszt több mint öt éven át tartó kutatás csúcspontja volt, amelynek célja a jelenlegi Hall-effektus terveinek javítása. A vizsgálat elvégzéséhez a csapat a NASA Glenn vákuumkamrájára támaszkodott, amely jelenleg az egyetlen kamra az Egyesült Államokban, amely képes kezelni az X3 dobogót. Ennek oka a hajtómű által kibocsátott nagy mennyiségű kipufogógáz, amelynek eredményeként az ionizált xenon visszahúzódhat a plazmacsíkba, és ezzel megteheti a vizsgálati eredményeket.
A NASA Glenn telepítése az egyetlen olyan vákuumszivattyúval, amely elég erős ahhoz, hogy megteremtse a kipufogógáz tisztaságához szükséges feltételeket. Hallnak és Kamhawinek szintén egy egyedi tolóállványt kellett építeniük, hogy támogassák az X3 227 kg-os (500 font) keretét, és ellenálljanak az általa generált erőnek, mivel a meglévő állványok nem feleltek meg a feladatnak. A teszt ablaka rögzítése után a csapat négy hétig töltötte az állványt, a rugót és előkészítette az összes szükséges összeköttetést.
Mindeközben a NASA kutatói, mérnökei és technikusai készen álltak a támogatás nyújtására. 20 órás szivattyúzás után, hogy a kamra belsejében térbeli vákuum jöjjön létre, Hall és Kamhawi egy sor teszt sorozatot végzett, ahol a motort egyenesen 12 órán át tüzelik. 25 nap folyamán a csapat felvette az X3-at rekordszintű teljesítmény, áram és tolóerő szintjére.
A jövőre nézve a csapat további teszteket tervez a Gallimore laboratóriumában, az U-M-nél, korszerűsített vákuumkamra segítségével. Ezek a frissítések az ütemterv szerint 2018 januárjában fejeződnek be, és lehetővé teszik a csapat számára a jövőbeni tesztek házon belüli elvégzését. Ez a frissítés egy egymillió dolláros támogatással történt, amelyet részben a Légierő Tudományos Kutatási Irodája nyújtott be, a Jet Propulsion Laboratory és az U-M további támogatásával.
Az X3 tápegységeit az Aerojet Rocketdyne, a Sacramento-i alapú rakéta- és rakétameghajtó gyártó is fejleszti, amely szintén a NASA által nyújtott hajtómű-támogatási vezető szerepet tölt be. 2018 tavaszára a motor várhatóan beépül ezekbe az energiarendszerekbe; ekkor 100 órás tesztek sorozata, amelyet ismét elvégeznek a Glenn Kutatóközpontban.
Az X3 egyike annak a három prototípusnak, amelyet a NASA a Marson folytatott jövőbeli személyzet-missziók során vizsgál, amelyek mindegyikének célja az utazási idő csökkentése és a szükséges üzemanyag mennyiség csökkentése. Az ilyen küldetések költséghatékonyabbá tétele mellett a rövidebb áthaladási idők célja az is, hogy csökkentsék az űrhajósoknak a Föld és a Mars közötti utazásnak kitett sugárzás mértékét.
A projektet a NASA Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP) finanszírozza, amely nemcsak a meghajtórendszereket, hanem az élőhely-rendszereket és az űrben történő gyártást is támogatja.
