Per quanto riguarda il futuro dell'esplorazione dello spazio, sono in fase di studio numerose nuove tecnologie. Le più importanti tra queste sono le nuove forme di propulsione che saranno in grado di bilanciare l'efficienza del carburante con la potenza. Non solo i motori che sono in grado di raggiungere una grande spinta utilizzando meno carburante sarebbero convenienti, ma sarebbero in grado di trasportare gli astronauti verso destinazioni come Marte e oltre in meno tempo.
È qui che entrano in gioco motori come il propulsore ad effetto Hall X3. Questo propulsore, che è stato sviluppato dal Glenn Research Center della NASA in collaborazione con la US Air Force e l'Università del Michigan, è un modello in scala dei tipi di propulsori utilizzati dal Alba navicella spaziale. Durante un recente test, questo propulsore ha infranto il record precedente per un propulsore ad effetto Hall, ottenendo una potenza maggiore e una spinta superiore.
I propulsori ad effetto hall hanno guadagnato il favore dei pianificatori di missione negli ultimi anni a causa della loro estrema efficienza. Funzionano trasformando piccole quantità di propellente (di solito gas inerti come lo xeno) in plasma carico con campi elettrici, che viene quindi accelerato molto rapidamente utilizzando un campo magnetico. Rispetto ai razzi chimici, possono raggiungere le massime velocità usando una piccola frazione del loro carburante.
Tuttavia, finora una grande sfida è stata la costruzione di un propulsore ad effetto Hall in grado di raggiungere anche livelli elevati di spinta. Sebbene efficienti dal punto di vista dei consumi, i motori a ioni convenzionali in genere producono solo una frazione della spinta prodotta dai razzi che si basano su propellenti chimici solidi. Ecco perché la NASA ha sviluppato il propulsore modello X3 ingrandito in collaborazione con i suoi partner.
Lo sviluppo del propulsore è stato supervisionato da Alec Gallimore, professore di ingegneria aerospaziale e Robert J. Vlasic Decano di Ingegneria all'Università del Michigan. Come ha indicato in un recente comunicato stampa del Michigan News:
“Le missioni su Marte sono all'orizzonte e sappiamo già che i propulsori Hall funzionano bene nello spazio. Possono essere ottimizzati per il trasporto di equipaggiamento con energia e propellente minimi nel corso di circa un anno o per la velocità, portando l'equipaggio su Marte molto più rapidamente. "
In recenti test, l'X3 ha infranto il precedente record di spinta stabilito da un propulsore Hall, raggiungendo 5,4 newton di forza rispetto al vecchio record di 3,3 newton. L'X3 ha anche più che raddoppiato la corrente operativa (250 ampere contro 112 ampere) e ha funzionato a una potenza leggermente superiore rispetto al precedente detentore del record (102 chilowatt contro 98 chilowatt). Questa è stata una notizia incoraggiante, poiché significa che il motore può offrire un'accelerazione più rapida, il che significa tempi di percorrenza più brevi.
Il test è stato condotto da Scott Hall e Hani Kamhawi presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland. Mentre Hall è uno studente di dottorato in ingegneria aerospaziale presso la U-M, Kamhawi è lo scienziato della NASA Glenn che è stato fortemente coinvolto nello sviluppo dell'X3. Inoltre, Kamhawi è anche mentore della NASA di Hall, come parte della NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Questo test è stato il culmine di oltre cinque anni di ricerca che hanno cercato di migliorare gli attuali progetti ad effetto Hall. Per condurre il test, il team ha fatto affidamento sulla camera a vuoto della NASA Glenn, che è attualmente l'unica camera negli Stati Uniti in grado di gestire il propulsore X3. Ciò è dovuto all'enorme quantità di gas di scarico prodotta dal propulsore, che può provocare lo xeno ionizzato che ritorna nel pennacchio del plasma, distorcendo così i risultati del test.
La configurazione della NASA Glenn è l'unica con una pompa a vuoto abbastanza potente da creare le condizioni necessarie per mantenere pulito lo scarico. Hall e Kamhawi hanno anche dovuto costruire un supporto di spinta personalizzato per supportare il telaio dell'X3 da 227 kg (500 libbre) e resistere alla forza che genera, poiché gli stand esistenti non erano all'altezza del compito. Dopo aver protetto una finestra di prova, il team ha trascorso quattro settimane a preparare il cavalletto, il thruster e impostare tutte le connessioni necessarie.
Nel frattempo, ricercatori, ingegneri e tecnici della NASA erano a disposizione per fornire supporto. Dopo 20 ore di pompaggio per ottenere un vuoto spaziale all'interno della camera, Hall e Kamhawi hanno condotto una serie di test in cui il motore sarebbe stato acceso per 12 ore di fila. Nel corso di 25 giorni, il team ha portato l'X3 al suo livello record di potenza, corrente e spinta.
Guardando al futuro, il team prevede di condurre altri test nel laboratorio di Gallimore presso la U-M utilizzando una camera a vuoto potenziata. Questi aggiornamenti saranno programmati per essere completati entro gennaio 2018 e consentiranno al team di condurre internamente test futuri. Questo aggiornamento è stato reso possibile grazie a una sovvenzione da 1 milione di dollari, in parte fornita dall'Ufficio dell'aeronautica della ricerca scientifica, con il supporto aggiuntivo fornito dal Jet Propulsion Laboratory e da U-M.
Gli alimentatori dell'X3 sono anche in fase di sviluppo da parte di Aerojet Rocketdyne, il produttore di propulsori di missili e missili con sede a Sacramento, che è anche leader nella concessione del sistema di propulsione della NASA. Entro la primavera del 2018, il motore dovrebbe essere integrato con questi sistemi di potenza; a quel punto, una serie di test di 100 ore che verranno nuovamente condotti presso il Glenn Research Center.
L'X3 è uno dei tre prototipi che la NASA sta studiando per future missioni con equipaggio su Marte, tutte volte a ridurre i tempi di viaggio e la quantità di carburante necessaria. Oltre a rendere tali missioni più convenienti, i tempi di transito ridotti hanno anche lo scopo di ridurre la quantità di radiazioni a cui gli astronauti saranno esposti mentre viaggiano tra Terra e Marte.
Il progetto è finanziato attraverso Next Space Technologies for Exploration Partnership (Next-STEP) della NASA, che supporta non solo i sistemi di propulsione ma anche i sistemi di habitat e la produzione nello spazio.
