Scott Hall effectue quelques derniers réglages sur le propulseur avant le début du test. Crédit :NASA
Un moteur spatial avancé en lice pour propulser des humains sur Mars a battu les records de courant de fonctionnement, puissance et poussée pour un appareil de ce genre, connu sous le nom de propulseur à effet Hall.
Le développement du propulseur a été dirigé par Alec Gallimore, Professeur d'ingénierie aérospatiale à l'Université du Michigan et doyen de l'ingénierie Robert J. Vlasic.
Les propulseurs à effet Hall offrent une propulsion de vaisseau spatial à plasma exceptionnellement efficace en accélérant très rapidement de petites quantités de propulseur à l'aide de champs électriques et magnétiques. Ils peuvent atteindre des vitesses de pointe avec une infime fraction du carburant requis dans une fusée chimique.
"Les missions sur Mars se profilent à l'horizon, et nous savons déjà que les propulseurs Hall fonctionnent bien dans l'espace, " a déclaré Gallimore. " Ils peuvent être optimisés soit pour transporter des équipements avec un minimum d'énergie et de propulseur au cours d'une année environ, ou pour la vitesse – transporter l'équipage vers Mars beaucoup plus rapidement. »
Le défi est de les rendre plus grands et plus puissants. Le X3, un propulseur Hall conçu par des chercheurs de l'U-M, la NASA et l'US Air Force, a battu le précédent record de poussée établi par un propulseur Hall, entrant à 5,4 newtons de force contre 3,3 newtons. L'amélioration de la poussée est particulièrement importante pour les missions en équipage, cela signifie une accélération plus rapide et des temps de trajet plus courts. Le X3 a également plus que doublé le record de courant de fonctionnement (250 ampères contre 112 ampères) et fonctionnait à une puissance légèrement supérieure (102 kilowatts contre 98 kilowatts).
Le X3 est l'un des trois prototypes de "moteurs Mars" à être transformés en un système de propulsion complet avec un financement de la NASA. Scott Hall, doctorant en ingénierie aérospatiale à l'U-M, effectué les tests au NASA Glenn Research Center à Cleveland, avec Hani Kamhawi, un chercheur de la NASA Glenn qui a été fortement impliqué dans le développement du X3. Les expériences ont été l'aboutissement de plus de cinq années de construction, tester et améliorer le propulseur.
Un plan latéral du X3 tirant à 50 kilowatts. Crédit :NASA
NASA Glenn, spécialisée dans la propulsion électrique solaire, abrite actuellement la seule chambre à vide aux États-Unis qui peut gérer le propulseur X3. Le propulseur produit tellement d'échappement que les pompes à vide des autres chambres ne peuvent pas suivre. Puis, le xénon qui a été projeté à l'arrière du moteur peut revenir dans le panache de plasma, brouiller les résultats. Mais depuis janvier 2018, une mise à niveau de la chambre à vide dans le laboratoire de Gallimore permettra les tests X3 directement à U-M.
Pour l'instant, l'équipe X3 a décroché une fenêtre de test de fin juillet à août de cette année, en commençant par quatre semaines pour mettre en place le stand de poussée, monter le propulseur et connecter le propulseur au xénon et aux alimentations électriques. Hall avait construit un support de poussée personnalisé pour supporter le poids de 500 livres du X3 et résister à sa force, car les peuplements existants s'effondreraient en dessous. Tout au long du processus, Hall et Kamhawi ont été soutenus par des chercheurs de la NASA, ingénieurs et techniciens.
"Le grand moment, c'est quand vous fermez la porte et videz la chambre, " dit Hall.
Après les 20 heures de pompage pour obtenir un vide de type spatial, Hall et Kamhawi ont passé 12 heures par jour à tester le X3.
Même les petites casses semblent être de gros problèmes lorsqu'il faut des jours pour ramener progressivement l'air dans la chambre, entrer pour faire la réparation et pomper à nouveau l'air. Mais malgré les défis, Hall et Kamhawi ont porté le X3 à sa puissance record, courant et poussée au cours des 25 jours de test.
Regarder vers l'avant, le X3 sera enfin intégré aux alimentations en cours de développement par Aerojet Rocketdyne, un fabricant de propulsion de fusées et de missiles et responsable de la subvention du système de propulsion de la NASA. Au printemps 2018, Hall s'attend à être de retour à la NASA Glenn pour effectuer un test de 100 heures du X3 avec le système de traitement de l'alimentation d'Aerojet Rocketdyne.
