Una imagen de la primera luz del pequeño propulsor de propulsión eléctrica de Northrop Grumman durante las pruebas en el Laboratorio de Energía Eléctrica y Propulsión del Centro de Investigación Glenn de la NASA. Créditos: Northrop Gruman
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El camino hacia la Luna, Marte y más allá requerirá una flota de naves espaciales en muchas formas y tamaños diferentes, incluyendo todo, desde cohetes masivos que producen millones de libras de empuje hasta pequeños propulsores de propulsión eléctrica pioneros que caben en la palma de su mano.
Durante décadas, los innovadores del Centro de Investigación Glenn de la NASA han estado desarrollando grandes sistemas de propulsión eléctrica (EP) de alta potencia que aprovechan el poder del Sol para energizar los gases inertes y convertirlos en un empuje extremadamente eficiente. Una mayor eficiencia de combustible significa que se necesita menos propelente, lo que reduce los costos de lanzamiento al tiempo que permite a los diseñadores de naves espaciales reducir el peso total de la nave espacial para transportar más masa de carga útil, como demostraciones de tecnología o instrumentos científicos más potentes.
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Los principales esfuerzos de EP de la agencia se han centrado en grandes misiones de exploración y ciencia, como el sistema de iones cuadriculados NEXT-C de 7 kilovatios (kW) que actualmente vuela en la misión de prueba de redirección de asteroides dobles y el sistema de propulsión eléctrica avanzada de 12 kW utilizado en el elemento de potencia y propulsión para la estación espacial en órbita lunar de la NASA conocida como Gateway.
Sin embargo, en los últimos cinco años, el proyecto small Spacecraft Electric Propulsion (SSEP) en la NASA Glenn ha estado avanzando en el propulsor de efecto Hall de alto rendimiento sub kilovatio (<1 kW) y las tecnologías de procesamiento de potencia para permitir naves espaciales más pequeñas. Al utilizar embarcaciones más pequeñas, aquellas que podrían caber dentro del maletero de su automóvil en lugar de ser del tamaño de su automóvil, la agencia abre más oportunidades para llevar a cabo ambiciosas misiones en el espacio profundo a una fracción del costo.
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En colaboración con la industria estadounidense, SSEP ha desarrollado un propulsor ligero capaz de propulsar una pequeña nave espacial desde la Tierra a la Luna, Marte y más allá, un paso adelante de la mayoría de los sistemas de propulsión eléctrica de baja potencia existentes producidos comercialmente para operaciones de órbita terrestre baja.
“Reducir el tamaño y la potencia de las tecnologías de propulsores de efecto Hall, al tiempo que conserva un rendimiento propulsivo excepcional, ha sido un desafío”, dice Gabriel Benavides, ingeniero principal del proyecto SSEP en la NASA Glenn. “Es como pedirle a un automóvil del tamaño de un juguete que conduzca a través del país con el mismo rango y funcionalidad de un vehículo de pasajeros de tamaño completo”.
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Los investigadores de Glenn han podido miniaturizar tecnologías clave para crear los nuevos propulsores. Por ejemplo, los sistemas de propulsión SSEP utilizan una topología de campo magnético optimizada y un cátodo montado en el centro, que se desarrollaron originalmente para aplicaciones avanzadas de potencia media y alta. Tales tecnologías son clave para lograr el rendimiento, la vida útil muy larga y la eficiencia del combustible requerida para las misiones planetarias.
Los desarrolladores de la misión prevén desplegar pequeñas naves espaciales para todo, desde un grupo de pequeños satélites de comunicación lunar en órbita para transmitir datos de los rovers lunares y astronautas de regreso a la Tierra, hasta misiones científicas del espacio profundo a Venus, Marte, asteroides e incluso los planetas exteriores.
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“Docenas de pequeñas naves espaciales pueden caber dentro del carenado de carga útil de un solo cohete químico grande lanzado al espacio”, explica Benavides. “Una vez desplegados, cada uno puede ser autopropulsado a diferentes destinos de interés”.
Si bien la NASA busca que SSEP autopropulse pequeñas naves espaciales en el espacio profundo, estas tecnologías podrían usarse para necesidades comerciales más cercanas a la Tierra. Las aplicaciones comerciales relacionadas con el espacio incluyen el ajuste de naves espaciales en órbita, el mantenimiento de naves espaciales y misiones más allá de la órbita terrestre baja a la órbita geosíncrona o incluso a la Luna.
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Bajo una licencia de investigación con Glenn, Northrop Grumman está utilizando los dibujos de diseño, las especificaciones de materiales y los datos de prueba de la NASA para desarrollar tecnologías de propulsión eléctrica seleccionadas para los sistemas satelitales de sus clientes.
“Nuestra asociación con la NASA ha sido muy exitosa no solo en el desarrollo y prueba de esta pequeña tecnología de propulsión eléctrica, sino también en la búsqueda de aplicaciones tangibles para ella”, dijo Mike Glogowski, Northrop Grumman Space Systems Fellow. “Esta nueva capacidad permitirá amplias capacidades comerciales cercanas a la Tierra, incluido el despliegue y la desorbitación de satélites pequeños en órbita terrestre baja y el mantenimiento de estaciones y la extensión de la vida útil de la misión de los satélites en órbita geosíncrona”.
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La compañía actualmente está probando su propia variante del sistema SSEP en las cámaras de vacío del Laboratorio de Energía Eléctrica y Propulsión de Glenn durante los próximos dos años y espera lanzar su primera misión utilizando esta tecnología en 2024.
El proyecto SSEP es patrocinado conjuntamente por Northrup Grumman, la Dirección de Misiones de Exploraciones y Operaciones Humanas de la NASA, la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial y la Dirección de Misiones Científicas.
Traducido del texto original de Nancy Smith Kilkenny Centro de Investigación Glenn de la NASA