La NASA a développé une technologie de propulsion avancée pour faciliter les futures missions d'exploration planétaire utilisant de petits engins spatiaux. Non seulement cette technologie permettra de nouveaux types de missions scientifiques planétaires, mais l'un des partenaires commerciaux de la NASA se prépare déjà à l'utiliser à d'autres fins :prolonger la durée de vie des vaisseaux spatiaux déjà en orbite.
Identifier l'opportunité pour l'industrie d'utiliser cette nouvelle technologie non seulement fait progresser l'objectif de commercialisation de la technologie de la NASA, mais cela pourrait potentiellement créer une voie permettant à la NASA d'acquérir cette technologie importante auprès de l'industrie pour l'utiliser dans de futures missions planétaires.
Les missions scientifiques planétaires utilisant de petits engins spatiaux seront nécessaires pour effectuer des manœuvres de propulsion difficiles, telles que l'atteinte de vitesses de fuite planétaires, la capture d'orbite, etc., qui nécessitent une capacité de changement de vitesse (delta-v) bien supérieure aux besoins commerciaux typiques et à l'état actuel. -de l'art. Par conséquent, la technologie n°1 pour ces missions de petits engins spatiaux est un système de propulsion électrique capable d'exécuter ces manœuvres à delta V élevé.
Le système de propulsion doit fonctionner avec une faible puissance (sous-kilowatt) et avoir un débit de propulseur élevé (c'est-à-dire la capacité d'utiliser une masse totale élevée de propulseur au cours de sa durée de vie) pour permettre l'impulsion requise pour exécuter ces manœuvres.
Après de nombreuses années de recherche et de développement, des chercheurs du Glenn Research Center (GRC) de la NASA ont créé un système de propulsion électrique pour petit vaisseau spatial pour répondre à ces besoins :le propulseur à effet Hall de moins d'un kilowatt NASA-H71M. De plus, la commercialisation réussie de ce nouveau propulseur fournira bientôt au moins une de ces solutions pour permettre la prochaine génération de missions scientifiques de petits engins spatiaux nécessitant jusqu'à une incroyable vitesse delta-v de 8 km/s.
Cette prouesse technique a été accomplie grâce à la miniaturisation de nombreuses technologies avancées de propulsion électrique solaire de haute puissance développées au cours de la dernière décennie pour des applications telles que l'élément de puissance et de propulsion de Gateway, la première station spatiale de l'humanité autour de la Lune.
Les petits vaisseaux spatiaux utilisant la technologie de propulsion électrique NASA-H71M seront capables de manœuvrer de manière indépendante depuis une orbite terrestre basse (LEO) vers la Lune ou même depuis une orbite de transfert géosynchrone (GTO) vers Mars.
Cette capacité est particulièrement remarquable dans la mesure où les opportunités de lancement commercial vers LEO et GTO sont devenues monnaie courante, et la capacité de lancement excédentaire de ces missions est souvent vendue à faible coût pour déployer des engins spatiaux secondaires. La capacité de mener des missions à partir de ces orbites proches de la Terre peut augmenter considérablement la cadence et réduire le coût des missions scientifiques sur la Lune et sur Mars.
Cette capacité de propulsion augmentera également la portée des engins spatiaux secondaires, qui ont été historiquement limités aux cibles scientifiques alignées sur la trajectoire de lancement de la mission principale. Cette nouvelle technologie permettra aux missions secondaires de s'écarter considérablement de la trajectoire de la mission principale, ce qui facilitera l'exploration d'un plus large éventail de cibles scientifiques.
De plus, ces missions scientifiques secondaires d’engins spatiaux ne disposeraient généralement que d’une courte période de temps pour collecter des données lors d’un survol à grande vitesse d’un corps distant. Cette plus grande capacité de propulsion permettra la décélération et l'insertion orbitale des planétoïdes pour une étude scientifique à long terme.
De plus, les petits engins spatiaux dotés d’une telle capacité de propulsion seront mieux équipés pour gérer les changements ultérieurs de la trajectoire de lancement de la mission principale. De tels changements constituent souvent un risque majeur pour les missions scientifiques de petits engins spatiaux dotés d'une capacité de propulsion embarquée limitée et qui dépendent de la trajectoire de lancement initiale pour atteindre leur objectif scientifique.
Les mégaconstellations de petits engins spatiaux qui se forment désormais sur des orbites terrestres basses ont fait des propulseurs à effet Hall de faible puissance le système de propulsion électrique le plus répandu dans l’espace aujourd’hui. Ces systèmes utilisent le propulseur de manière très efficace, ce qui permet l'insertion sur orbite, la désorbitement et de nombreuses années d'évitement de collision et de rephasage.
Cependant, la conception soucieuse des coûts de ces systèmes de propulsion électrique commerciaux a inévitablement limité leur durée de vie à moins de quelques milliers d'heures de fonctionnement et ces systèmes ne peuvent traiter qu'environ 10 % ou moins de la masse initiale d'un petit vaisseau spatial en propulseur.
En revanche, les missions scientifiques planétaires bénéficiant de la technologie du système de propulsion électrique NASA-H71M pourraient fonctionner pendant 15 000 heures et traiter plus de 30 % de la masse initiale du petit vaisseau spatial en propulseur.
Cette capacité révolutionnaire va bien au-delà des besoins de la plupart des missions commerciales LEO et s’accompagne d’un coût plus élevé qui rend improbable la commercialisation de telles applications. Par conséquent, la NASA a recherché et continue de rechercher des partenariats avec des entreprises développant des concepts innovants de missions commerciales de petits engins spatiaux avec des besoins de débit de propulseur inhabituellement élevés.
Un partenaire qui utilisera bientôt la technologie de propulsion électrique sous licence de la NASA dans une application commerciale pour petits engins spatiaux est SpaceLogistics, une filiale en propriété exclusive de Northrop Grumman. Le véhicule de maintenance par satellite Mission Extension Pod (MEP) est équipé d'une paire de propulseurs à effet Hall Northrop Grumman NGHT-1X, dont la conception est basée sur le NASA-H71M.
La grande capacité propulsive du petit vaisseau spatial lui permettra d'atteindre l'orbite terrestre géosynchrone (GEO) où il sera monté sur un satellite beaucoup plus grand. Une fois installé, le MEP servira de « jet pack de propulsion » pour prolonger la durée de vie de son vaisseau spatial hôte d'au moins six ans.
Northrop Grumman effectue actuellement un test d'usure de longue durée (LDWT) du NGHT-1X dans l'installation sous vide 11 du GRC pour démontrer sa capacité opérationnelle sur toute sa durée de vie. Le LDWT est financé par Northrop Grumman dans le cadre d'un accord Space Act entièrement remboursable. Le premier vaisseau spatial MEP devrait être lancé en 2025, où il prolongera la durée de vie de trois satellites de communication GEO.
Collaborer avec l'industrie américaine pour trouver des applications pour petits engins spatiaux avec des exigences propulsives similaires aux futures missions scientifiques planétaires de la NASA aide non seulement l'industrie américaine à rester un leader mondial dans les systèmes spatiaux commerciaux, mais crée de nouvelles opportunités commerciales pour la NASA d'acquérir ces technologies importantes lorsque les missions planétaires l'exigent. .
La NASA continue de perfectionner les technologies de propulsion électrique du H71M afin d'élargir la gamme de données et de documentation disponibles pour l'industrie américaine dans le but de développer des dispositifs de propulsion électrique de faible puissance tout aussi avancés et très performants.
Fourni par la NASA
