عندما يتعلق الأمر بمستقبل استكشاف الفضاء ، يتم التحقيق في عدد من التقنيات الجديدة. والأهم من ذلك أشكال الدفع الجديدة التي ستكون قادرة على تحقيق التوازن بين كفاءة الوقود والطاقة. لن تكون المحركات القادرة على تحقيق قدر كبير من الدفع باستخدام وقود أقل فعالة من حيث التكلفة فحسب ، بل ستكون قادرة أيضًا على نقل رواد الفضاء إلى وجهات مثل المريخ وما بعده في وقت أقل.
هذا هو المكان الذي يتم فيه تشغيل محركات مثل X3 Hall-Effect. هذا الدافع ، الذي يتم تطويره بواسطة مركز غلين للأبحاث التابع لناسا بالاشتراك مع القوات الجوية الأمريكية وجامعة ميشيغان ، هو نموذج موسع لأنواع الدفعات التي يستخدمها فجر مركبة فضائية. خلال اختبار حديث ، حطم هذا الدافع الرقم القياسي السابق لحدث تأثير هول ، محققًا قوة أعلى ودفعًا متفوقًا.
اكتسبت الدوافع ذات التأثير القوسي تفضيلها مع مخططي المهام في السنوات الأخيرة بسبب كفاءتها القصوى. إنها تعمل عن طريق تحويل كميات صغيرة من الوقود (عادة غازات خاملة مثل الزينون) إلى بلازما مشحونة بمجالات كهربائية ، والتي يتم تسريعها بسرعة كبيرة باستخدام مجال مغناطيسي. مقارنة بالصواريخ الكيميائية ، يمكنها تحقيق سرعات قصوى باستخدام جزء صغير من وقودها.
ومع ذلك ، كان التحدي الرئيسي حتى الآن هو بناء محرك تأثير هول قادر على تحقيق مستويات عالية من الدفع أيضًا. على الرغم من أنها فعالة في استهلاك الوقود ، إلا أن المحركات الأيونية التقليدية تنتج عادةً جزءًا صغيرًا فقط من الدفع الذي تنتجه الصواريخ التي تعتمد على مواد دافعة كيميائية صلبة. ولهذا السبب قامت وكالة ناسا بتطوير محرك X3 الموسع بالاشتراك مع شركائها.
أشرف على تطوير الدافع أليك جاليمور ، أستاذ هندسة الطيران وروبرت فلاسيتش عميد الهندسة في جامعة ميشيغان. كما أشار في بيان صحفي صدر مؤخراً عن ميشيغان نيوز:
"مهمات المريخ في الأفق ، ونحن نعلم بالفعل أن صواريخ الدفع تعمل بشكل جيد في الفضاء. ويمكن تحسينها إما لحمل معدات بأقل قدر من الطاقة والوقود على مدار عام أو نحو ذلك ، أو للسرعة - لنقل الطاقم إلى المريخ بسرعة أكبر بكثير. "
في الاختبارات الأخيرة ، حطمت X3 الرقم القياسي السابق الذي سجله مدفع Hall ، محققة 5.4 نيوتن من القوة مقارنة بالسجل القديم البالغ 3.3 نيوتن. كما زاد X3 أكثر من ضعف تيار التشغيل (250 أمبير مقابل 112 أمبير) وركض بقوة أعلى قليلاً من حامل الرقم القياسي السابق (102 كيلو واط مقابل 98 كيلو واط). كان هذا خبرًا مشجعًا ، لأنه يعني أن المحرك يمكن أن يوفر تسريعًا أسرع ، مما يعني أوقات سفر أقصر.
تم إجراء الاختبار من قبل سكوت هول وهاني كامهاوي في مركز ناسا جلين للأبحاث في كليفلاند. في حين أن هول هو طالب دكتوراه في هندسة الطيران في U-M ، فإن كامهاوي هو عالم أبحاث ناسا جلين الذي شارك بشكل كبير في تطوير X3. بالإضافة إلى ذلك ، كامهاوي هو أيضًا مرشد هول في وكالة ناسا ، كجزء من زمالة ناسا لأبحاث تكنولوجيا الفضاء (NSTRF).
كان هذا الاختبار تتويجا لأكثر من خمس سنوات من البحث الذي سعى إلى تحسين تصميمات تأثير هول الحالية. لإجراء الاختبار ، اعتمد الفريق على غرفة فراغ وكالة ناسا جلين ، والتي تعد حاليًا الغرفة الوحيدة في الولايات المتحدة التي يمكنها التعامل مع الصاروخ X3. ويرجع ذلك إلى الكمية الهائلة من العادم الذي ينتجه الدافع ، والذي يمكن أن يؤدي إلى انحراف الزينون المتأين إلى عمود البلازما ، وبالتالي تحريف نتائج الاختبار.
إعداد NASA Glenn هو الوحيد الذي يحتوي على مضخة تفريغ قوية بما يكفي لتهيئة الظروف اللازمة للحفاظ على نظافة العادم. كان على هول و كامهاوي أيضًا بناء حامل دفع مخصص لدعم إطار X3 الذي يبلغ 227 كجم (500 رطل) وتحمل القوة التي يولدها ، نظرًا لأن المدرجات الحالية لم تكن على مستوى المهمة. بعد تأمين نافذة الاختبار ، أمضى الفريق أربعة أسابيع في إعداد المنصة ، والدافع ، وإعداد جميع الاتصالات اللازمة.
طوال الوقت ، كان الباحثون والمهندسون والفنيون في وكالة ناسا على استعداد لتقديم الدعم. بعد 20 ساعة من الضخ لتحقيق فراغ يشبه الفراغ داخل الغرفة ، أجرت Hall و Kamhawi سلسلة من الاختبارات حيث سيتم تشغيل المحرك لمدة 12 ساعة متتالية. على مدار 25 يومًا ، رفع الفريق X3 إلى مستوياته القياسية والقوة المحطمة.
واستشرافا للمستقبل ، يخطط الفريق لإجراء المزيد من الاختبارات في مختبر جاليمور في U-M باستخدام غرفة فراغ مطورة. ستكون هذه الترقيات جداول يتم استكمالها بحلول يناير 2018 ، وستمكن الفريق من إجراء اختبارات مستقبلية داخل الشركة. أصبحت هذه الترقية ممكنة بفضل منحة بقيمة مليون دولار أمريكي ، ساهم بها جزئيًا مكتب القوات الجوية للبحث العلمي ، مع دعم إضافي مقدم من مختبر الدفع النفاث و U-M.
كما تقوم Aerojet Rocketdyne ، الشركة المصنعة لمعدات الدفع الصاروخي والصاروخية القائمة على سكرامنتو ، والتي تتصدر أيضًا منحة نظام الدفع من وكالة ناسا ، بتطوير مصادر طاقة X3. بحلول ربيع عام 2018 ، من المتوقع أن يتم دمج المحرك مع أنظمة الطاقة هذه ؛ عند هذه النقطة ، سلسلة من 100 ساعة من الاختبارات التي سيتم إجراؤها مرة أخرى في مركز جلين للأبحاث.
إن X3 هو واحد من ثلاثة نماذج أولية تبحث عنها وكالة ناسا للبعثات الطاقم المستقبلية إلى المريخ ، وكلها تهدف إلى تقليل أوقات السفر وتقليل كمية الوقود اللازمة. بالإضافة إلى جعل مثل هذه المهمات أكثر فعالية من حيث التكلفة ، فإن أوقات العبور المخفضة تهدف أيضًا إلى تقليل كمية الإشعاع التي يتعرض لها رواد الفضاء أثناء تنقلهم بين الأرض والمريخ.
يتم تمويل المشروع من خلال شراكة تقنيات استكشاف الفضاء التالية (Next-STEP) التابعة لوكالة ناسا ، والتي لا تدعم أنظمة الدفع فحسب ، بل تدعم أيضًا أنظمة الموائل والتصنيع في الفضاء.
