В настоящее время различные компании исследуют несколько ключевых технологий, предназначенных для нового поколения миссий изучения космоса. Кроме космических кораблей и ракет-носителей, которые смогут отправлять космонавтов в дальние края Солнечной системы, НАСА и другие космические агентства также изучают новые методы создания тяги. По сравнению с обычными ракетами, целью новых систем должна быть надёжная тяга и эффективная трата горючего.
Для этого НАСА скооперировалась с компанией Aerojet Rocketdyne, производящей двигатели для ракет и реактивных снарядов, чтобы разработать двигатель на эффекте Холла под названием “солнечный электрический двигатель” (Solar Electric Propulsion, SEP). Компания недавно закончила испытания по ранней интеграции этого двигателя в “передовую электрическую двигательную систему” (Advanced Electric Propulsion System, AEPS), которая позволит запускать миссии по исследованию глубокого космоса, а также коммерческие космические предприятия.
Испытания прошли в исследовательском центре Гленн, и сконцентрировались на блоке нагнетания (discharge supply unit, DSU) и блоке перенаправления энергии (PPU), которые были скомбинированы с двигателем от НАСА и испытаны в вакуумной камере. Испытания показали, что система способна эффективно преобразовывать энергию, превращая энергию Солнца в тягу, производя при этом минимальное количество паразитного тепла.
Как указала в недавнем пресс-релизе компании директор и президент Aerojet Rocketdyne Эйлин Дрейк:
Наш DSU для AEPS показал прекрасные результаты, выдав серьёзные улучшения преобразования энергии, важные для будущих миссий с высокими требованиями. Эти результаты свидетельствуют о высокой концентрации и упорстве нашей команды в деле продвижения передовых технологий в этой критической космической области”.
SEP, как и обычные ионные двигатели на эффекте Холла, использует электрическое поле, которое ионизирует и разгоняет топливо (в большинстве случаев благородный газ типа ксенона). В случае SEP необходимое для процесса электричество производится фотоэлементами (солнечными панелями). Преимущество системы такого типа состоит в том, что она может обеспечивать тягу, сравнимую с обычными химическими ракетами, используя при этом в десять раз меньше горючего.
Используя двигатель SEP на 10 кВт и 425 кг ксенона в качестве топлива, космический аппарат “Рассвет” смог достичь максимальной скорости в 41 260 км/ч. Последнее испытание проводилось с системой на 13 кВт, и Aerodyne планирует масштабировать её в ближайшие годы. К примеру, в проекте лунной орбитальной платформы-шлюза (Lunar Orbital Platform-Gateway, LOP-G) (ранее известном, как Deep Space Gateway) планируется использовать SEP-двигатель на 50 кВт.
Эта космическая станция, которую создадут на орбите вокруг Луны, будет обеспечивать дальнейшие миссии к лунной поверхности и служить точкой запуска для первых пилотируемых миссий на Марс и дальше в Солнечную систему. Как отметила Дрейк:
Оставаясь на переднем краю технологии двигателей, мы обеспечили себе главную роль не только в возвращении на Луну, но и во всех будущих инициативах по отправке людей на Марс. AEPS находится в авангарде следующего поколения миссий по изучению глубокого космоса, и мы очень рады находиться на передовой.
В связи с окончанием этих испытаний команда переходит к завершению фазы дизайна и проверок, за которой последует важная фаза критического анализа – в этот момент схема двигателя будет окончательно утверждена и одобрена для производства. Если всё пойдет, как запланировано, версия этой системы мощностью в 50 кВт будет служить двигателем для LOP-G.
Кроме разработки SEP-технологий следующего поколения, Aerodyne также отвечает за двигатели, используемые в миссии Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) [американский искусственный спутник для исследования атмосферы Марса, являющийся частью проекта Mars Scout / прим. перев.], миссии Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer (OSIRIS-REx) [американская межпланетная станция, предназначенная для доставки образцов грунта с астероида Бенну / прим. перев.], и недавно запущенного солнечного зонда Паркер.
В коммерческой области Aerojet Rocketdyne отвечает за двигатели ракеты Атлас-5, разгонный блок Центавр и Crew Capsule Escape Solid Rocket Motor (CCE SRM), двигатель для капсулы многоразового корабля New Shepard. Также компания разрабатывает топливо уменьшенной токсичности как альтернативу гидразину в рамках программы НАСА Green Propellant Infusion Mission (GPIM) по изготовлению более экологичного топлива.
Двигатели компании также будут играть ключевую роль в отправке космонавтов на Луну и на Марс. Сюда входят двигатели RS-25 и RL-10, в качестве основного и двигателя верхней ступени системы космических запусков SLS, а также спасательный двигатель на космическом корабле “Орион“, ключевой компонент системы прерывания запуска.
Как и многоразовые ракеты, космические самолёты, одноступенчатые ракеты и другие системы, SEP предназначена для возобновления космических исследований с одновременным уменьшением их стоимости. Комбинируя надёжную тягу и топливную эффективность, системы SEP позволят проводить более лёгкие, мелкие и дешёвые миссии, что откроет новые возможности для изучения космоса.