Gotowość aplikacji NASA Solar Technology

Deep Space 1 i Dawn wykorzystywały NSTAR, elektrostatyczny silnik napędowy jonów zasilany energią słoneczną

NASA Solar Technology Application Readiness ( NSTAR ) jest rodzajem silnika jonowego statku kosmicznego zwanego elektrostatycznym silnikiem jonowym . Jest to wysoce wydajny napęd statku kosmicznego o niskim ciągu, zasilany energią elektryczną wytwarzaną przez panele słoneczne . Wykorzystuje elektrody wysokiego napięcia do przyspieszania jonów siłami elektrostatycznymi .

Rozwój i wydajność

Schemat ogólnego elektrostatycznego silnika jonowego z siatką

Celem programu NSTAR było opracowanie napędzanego ksenonem układu napędowego jonów dla misji kosmicznych. Elektrostatyczny silnik jonowy NSTAR został opracowany w NASA Glenn Research Center i wyprodukowany przez Hughes i Spectrum Astro, Inc. na początku lat 90. Opracowanie systemu podawania było wspólnym wysiłkiem firm JPL i Moog Inc.

Jony są przyspieszane przez dwie drobne siatki, z różnicą około 1300 V między nimi dla operacji 2,3 kW, z ciągiem 20-92 mN , impulsem właściwym 19000-30500 N·s/kg (1950-3100 s) i całkowita zdolność impulsowa 2,65 x10 ⁶ Ns na DS1.

W 1996 roku prototyp silnika wytrzymał 8000 godzin ciągłej pracy w komorze próżniowej symulującej warunki panujące w przestrzeni kosmicznej . Wyniki prototypowania wykorzystano do zdefiniowania projektu sprzętu do lotu, który został zbudowany dla sondy Deep Space 1. Jednym z wyzwań było opracowanie kompaktowej i lekkiej jednostki przetwarzania mocy, która przetwarza energię z paneli słonecznych na napięcie potrzebne silnikowi.

Wydajność

Silnik osiąga określony impuls do trzech tysięcy sekund. To o rząd wielkości więcej niż w przypadku tradycyjnych metod napędu kosmicznego, co skutkuje oszczędnościami masy o około połowę. Chociaż silnik wytwarza zaledwie 92 miliniutony (0,331 uncji siły ) ciągu przy maksymalnej mocy (2100 W w DS1 misji), statek osiągnął dużą prędkość, ponieważ silniki jonowe napędzają nieprzerwanie przez długi czas. „30-centymetrowy silnik jonowy działa w zakresie mocy wejściowej od 0,5 kW do 2,3 kW, zapewniając ciąg od 19 mN do 92 mN. Impuls właściwy wynosi od 1900 s przy 0,5 kW do 3100 s przy 2,3 kW”.

Aplikacje

Głęboka przestrzeń

Silnik jonowy NSTAR został po raz pierwszy użyty na statku kosmicznym Deep Space 1 (DS1), wystrzelonym 24 października 1998 r. Misja Deep Space przeprowadziła przelot obok asteroidy 9969 Braille'a i komety Borrelly'ego . Deep Space 1 miał 178 funtów (81 kilogramów) paliwa ksenonowego, o całkowitej zdolności impulsowej 2,65 x 10 ⁶ Ns i był w stanie zwiększyć prędkość DS1 o 7900 mil na godzinę (12 700 kilometrów na godzinę, 3,58 km / s) w ciągu przebieg misji. Używał 2,3 kW energii elektrycznej i był głównym napędem sondy.

Świt

Drugą misją międzyplanetarną wykorzystującą silnik NSTAR był statek kosmiczny Dawn , wystrzelony w 2007 roku z trzema redundantnymi jednostkami o średnicy 30 cm każda. Dawn to pierwsza misja eksploracyjna NASA wykorzystująca napęd jonowy do wchodzenia i opuszczania więcej niż jednej orbity. Dawn przewoził 425 kg (937 funtów) pokładowego paliwa ksenonowego i był w stanie zmienić prędkość o 25 700 mil na godzinę (11,49 km / s) w trakcie misji.

Proponowane zastosowania

Od 2009 roku inżynierowie NASA twierdzą, że silniki NSTAR o mocy 5 kilowatów i ciągu 0,04 funta są kandydatami do napędzania statków kosmicznych na Europę , Plutona i inne małe ciała w przestrzeni kosmicznej.

Zobacz też