טכנולוגיית ההנעה החדשה של נאס"א משפרת את יכולות חלליות קטנות למשימות פלנטריות עתידיות ומאריכה את החיים התפעוליים של לוויינים קיימים. על ידי שיתוף פעולה עם גופים מסחריים, נאס"א לא רק מקדמת את יעדי המסחור הטכנולוגיים שלה, אלא גם תומכת בהובלה הגלובלית של תעשיית החלל האמריקאית. קרדיט: נורת'רופ גרומן
נאס"אטכנולוגיית ההנעה החדשנית של מפעילה את חקר חלליות קטנות ומאריכה את חיי הלווינים, תומכת בהובלה של ארה"ב בטכנולוגיית חלל.
נאס"א פיתחה טכנולוגיית הנעה מתקדמת כדי להקל על משימות חקר פלנטריות עתידיות באמצעות חלליות קטנות. לא רק שהטכנולוגיה הזו תאפשר סוגים חדשים של משימות מדעיות פלנטריות, אחד השותפים המסחריים של נאס"א כבר מתכונן להשתמש בה למטרה אחרת – להאריך את משך החיים של חלליות שכבר נמצאות במסלול. זיהוי ההזדמנות של התעשייה להשתמש בטכנולוגיה החדשה הזו לא רק מקדם את מטרת מסחור הטכנולוגיה של נאס"א, היא עשויה ליצור דרך עבור נאס"א לרכוש את הטכנולוגיה החשובה הזו מהתעשייה לשימוש במשימות פלנטריות עתידיות.
הטכנולוגיה החדשה
משימות מדעיות פלנטריות באמצעות חלליות קטנות יידרשו לבצע תמרוני הנעה מאתגרים – כמו השגת מהירויות בריחה פלנטריות, לכידת מסלול ועוד – הדורשות יכולת שינוי מהירות (delta-v) הרבה מעבר לצרכים המסחריים האופייניים ומהמצב הנוכחי -מהאמנות. לכן, הטכנולוגיה המאפשרת מס' 1 למשימות חלליות קטנות אלה היא מערכת הנעה חשמלית שיכולה לבצע את התמרונים בעלי הדלתא-v הגבוהה הללו. מערכת ההנעה חייבת לפעול תוך שימוש בהספק נמוך (תת קילוואט) ובעלת תפוקת הנעה גבוהה (כלומר, יכולת להשתמש במסה כוללת גבוהה של חומר הנעה לאורך חייה) כדי לאפשר את הדחף הנדרש לביצוע תמרונים אלו.
לאחר שנים רבות של מחקר ופיתוח, חוקרים במרכז המחקר גלן של נאס"א (GRC) יצרו מערכת הנעה חשמלית של חללית קטנה כדי לענות על הצרכים הללו – הדחף של NASA-H71M תת-קילווואט אפקט הול. בנוסף, המסחור המוצלח של הדחף החדש הזה יספק בקרוב לפחות פתרון אחד כזה כדי לאפשר את הדור הבא של משימות מדעיות של חלליות קטנות הדורשות עד 8 קמ"ש מדהים של דלתא-v. הישג טכני זה הושג על ידי מזעור של טכנולוגיות הנעה חשמליות סולארית מתקדמות רבות בעוצמה גבוהה שפותחו במהלך העשור האחרון עבור יישומים כמו אלמנט הכוח וההנעה של Gateway, תחנת החלל הראשונה של האנושות סביב הירח.
משמאל: דחף אפקט הול של NASA-H71M על מעמד הדחף של מתקן ואקום 8 של Glenn Research Center. מימין: ד"ר ג'ונתן מאקי מכוון את עמדת הדחף לפני סגירה ושאיבה של מתקן הבדיקה. קרדיט: נאס"א
היתרונות של טכנולוגיה זו לחקירה פלנטרית
חלליות קטנות המשתמשות בטכנולוגיית ההנעה החשמלית של NASA-H71M יוכלו לתמרן באופן עצמאי ממסלול נמוך של כדור הארץ (LEO) לירח או אפילו ממסלול העברה גיאו-סינכרוני (GTO) אל מַאְדִים. יכולת זו יוצאת דופן במיוחד מכיוון שהזדמנויות שיגור מסחריות ל-LEO ו-GTO הפכו לשגרה, ויכולת השיגור העודפת של משימות כאלה נמכרת לרוב בעלות נמוכה לפריסת חלליות משניות. היכולת לבצע משימות שמקורן במסלולי הסביבה הקרובים לכדור הארץ יכולה להגדיל מאוד את הקצב ולהוזיל את העלות של משימות מדע הירח ומאדים.
יכולת הנעה זו תגדיל גם את טווח ההגעה של חלליות משניות, אשר הוגבלו מבחינה היסטורית למטרות מדעיות המתיישרות עם מסלול השיגור של המשימה העיקרית. טכנולוגיה חדשה זו תאפשר למשימות משניות לסטות מהותית ממסלול המשימה העיקרית, מה שיקל על חקר מגוון רחב יותר של מטרות מדעיות.
בנוסף, למשימות מדעיות משניות אלה של חלליות יהיה בדרך כלל פרק זמן קצר בלבד לאסוף נתונים במהלך טיסה מהירה של גוף מרוחק. יכולת הנעה גדולה יותר זו תאפשר האטה והכנסת מסלול בכוכבי לכת למחקר מדעי ארוך טווח.
יתר על כן, חלליות קטנות המצוידות בכושר הנעה כה משמעותי יהיו מצוידות יותר לנהל שינויים בשלבים מאוחרים במסלול השיגור של המשימה העיקרית. שינויים כאלה מהווים לעתים קרובות סיכון גבוה למשימות מדעיות של חלליות קטנות עם יכולת הנעה מוגבלת על הסיפון התלויה במסלול השיגור הראשוני כדי להגיע ליעד המדעי שלהן.
יישומים מסחריים
מגה-קונסטלציות של חלליות קטנות שנוצרות כעת במסלולי כדור הארץ נמוכים הפכו את הדחפים בעלי הספק נמוך של הול למערכת ההנעה החשמלית הנפוצה ביותר בשימוש בחלל כיום. מערכות אלו משתמשות ביעילות רבה בחומר הנעה, המאפשר החדרת מסלול, יציאה מהמסלול ושנים רבות של הימנעות מהתנגשויות ושלב מחדש. עם זאת, התכנון המודע לעלות של מערכות הנעה חשמליות מסחריות אלה הגביל בהכרח את יכולת חייהן לפחות מכמה אלפי שעות פעולה, ומערכות אלו יכולות לעבד רק כ-10% או פחות מהמסה הראשונית של חללית קטנה בהנעה.
לעומת זאת, משימות מדעיות פלנטריות הנהנות מטכנולוגיית מערכת ההנעה החשמלית של NASA-H71M יכולות לפעול במשך 15,000 שעות ולעבד למעלה מ-30% מהמסה הראשונית של החללית הקטנה בהנעה. יכולת שינוי המשחקים הזו היא הרבה מעבר לצרכים של רוב משימות ה-LEO המסחריות ומגיעה בפרמיית עלות שהופכת מסחור עבור יישומים כאלה לבלתי סביר. לכן, נאס"א חיפשה וממשיכה לחפש שותפויות עם חברות המפתחות תפיסות חדשניות של משימות חלליות קטנות מסחריות עם דרישות תפוקת הנעה גדולות במיוחד.
Northrop Grumman NGHT-1X דגם הנדסי Hall-effect thruster הפועל במתקן ואקום של Glenn Research Center 8. התכנון של ה-NGHT-1X מבוסס על הדחף NASA-H71M Hall-effect. קרדיט: נורת'רופ גרומן
שותף אחד שישתמש בקרוב בטכנולוגיית ההנעה החשמלית המורשית של נאס"א ביישום חלליות קטנות מסחריות הוא SpaceLogistics, חברת בת בבעלות מלאה של Northrop Grumman. רכב שירות הלוויין Mission Extension Pod (MEP) מצויד בזוג דחפים של Northrop Grumman NGHT-1X הול אפקט, שתכנונם מבוסס על NASA-H71M. יכולת ההנעה הגדולה של החללית הקטנה תאפשר לה להגיע למסלול גיאו-סינכרוני כדור הארץ (GEO) שם היא תותקן על לוויין גדול בהרבה. לאחר התקנתו, ה-MEP ישמש כ"חבילת סילון הנעה" כדי להאריך את חיי החללית המארחת שלו לשש שנים לפחות.
Northrop Grumman עורכת כעת בדיקת בלאי לטווח ארוך (LDWT) של ה-NGHT-1X במתקן הוואקום 11 של GRC כדי להדגים את יכולת הפעולה המלאה שלו לכל החיים. ה-LDWT ממומן על ידי Northrop Grumman באמצעות הסכם חלל בר החזר מלא. החללית הראשונה של MEP צפויה להשתגר ב-2025, שם היא תאריך את חייהם של שלושה לווייני תקשורת GEO.
שיתוף פעולה עם התעשייה האמריקנית למציאת יישומי חלליות קטנים עם דרישות הנעה דומות למשימות עתידיות של נאס"א מדעי הפלנטרי לא רק תומך בתעשייה האמריקאית להישאר מובילה עולמית במערכות חלל מסחריות, אלא גם יוצר הזדמנויות מסחריות חדשות לנאס"א לרכוש את הטכנולוגיות החשובות הללו, שכן משימות פלנטריות דורשות אותן. .
נאס"א ממשיכה להבשיל את טכנולוגיות ההנעה החשמלית H71M כדי להרחיב את מגוון הנתונים והתיעוד הזמינים לתעשייה האמריקאית במטרה לפתח התקני הנעה חשמליים מתקדמים ובעלי יכולת נמוכה במיוחד.
