Thrusterii cu ioni de carburant T6 vor trimite BepiColombo la Mercur până în 2024

Cea mai simplă modalitate de a explica beneficiul unui explorator spațial al unui propulsor de ioni de-a lungul unei rachete este de a le compara în simplul stil "Tortoise and the Hare": Cea mai rapidă dintre cele două - în acest caz, racheta - nu câștigă întotdeauna cursa.

"Iepurele este un sistem de propulsie chimică și o misiune în care ar putea să declanșați motorul principal timp de 30 de minute sau o oră și apoi pentru cea mai mare parte a misiunii pe care o parcurgeți", spune Michael Patterson, senior technologist al programului NASA In-Space Propulsion Technologies Invers. "Cu propulsie electrică, este ca broasca țestoasă, prin faptul că tu ești foarte lentă la viteza inițială a navei spațiale, dar tu ești în mod continuu împins pe o durată foarte lungă - multe mii de ore - și apoi nava spațială se termină ridicând o deltă foarte mare la viteza.“

Protonele Ion vor fi folosite în misiunea Mercury a Agenției Spațiale Europene (ESA). BepiColombo (probabil cea mai sonoră nava spațiale sonoră până în prezent) va lansa în 2017, zboară de Venus în 2019 și 2020 și va fi capturată de gravitatea lui Mercur în 2024.

Nava spatiala va folosi propulsoare T6 proiectate special pentru a permite ESA sa studieze planeta cea mai intima a galaxiei noastre pe o durata de misiune de aproape sapte ani. Două orbiri de la ESA și de la Agenția Spațială Japoneză (JAXA) desfășurate de BepiColombo vor putea analiza și suprafața planetei pentru un an Pământ.

Logistica călătoriei de lungă durată nu ar fi posibilă fără o tehnologie de propulsie ionică, pe care Patterson o dezvoltă de ani de zile ca inginer de proiectare pentru misiunea Deep Space 1 Dawn a NASA și investigatorul principal al sistemului de propulsie Xenon Thruster Evolutionary (NEXT). El spune că tehnologia oferă o eficiență a combustibilului mult mai mare, capacitatea de a merge pe misiuni mai lungi (cum ar fi cea efectuată de BepiColombo) și o procedură de decolare mai puțin prohibitivă. În prezent, spune el, 50% din masa unei rachete este dedicată propulsorilor chimici.

"Cu propulsoare tipice de rachete cheltuiesti jumatate din vehiculul de lansare (masa) doar pentru a pune propulsorul in spatiu pentru a putea impinge ceea ce vrei sa impingi in urmatoarea locatie", spune Patterson. "Prin eliminarea acelui sistem de propulsie chimică la bordul navei spațiale și prin punerea în propulsie electrică, poți schimba dramatic acest număr până la 10, 15 sau 20% din masa totală".

Gandacii de propulsie cu ioni electrostatici, precum T6, folosesc gazul xenon ca si propulsor. Inginerul de propulsie al ESA, Neil Wallace, a declarat într-un comunicat că, presupunând că "aceeași masă de propulsor", propulsoarele T6 pot accelera chiar și la o viteză "de 15 ori mai mare decât un propulsor chimic convențional".

Revenind la moduri eficiente din punct de vedere al costurilor pentru a lansa rachete, a fost, desigur, centrul de acțiune al SpaceX, compania recent fondată de Elon Musk, a demonstrat recent că ar putea reuși să utilizeze rachete și să le aterizeze pe dronii din ocean.

Cu toate acestea, propulsia ionică, care va fi un avantaj pentru costurile de explorare a combustibilului în spațiu, a progresat la viteze "glaciare", subliniază Patterson.

"Rata de aplicare a tehnologiei de către NASA și de Agenția Spațială Europeană este la un ritm destul de scăzut", spune el. "Dacă vorbim despre electronice de consum, între concept și aplicare, durează nouă până la 12 luni. Următoarele sisteme de propulsie ionică, care înlocuiesc motoarele pe care le-am construit și le-am testat în urmă cu 15 ani în această lună; vorbim de cea mai timpurie aplicare a acestui lucru în 2021."

NASA, în această săptămână, a acordat companiei din California, Aerojet Rocketdyne, un contract de 67 de milioane de dolari pe 36 de luni pentru a dezvolta motoare cu ioni solizi, care ar putea prelungi durata misiunii chiar mai mult decât motoarele ionice de înaltă eficiență la bordul vehiculului BepiColombo.

Deocamdată, propulsoarele de tip T6, care propulsează călătoria BepiColombo a EAS, împreună cu un ajutor din partea propulsorului solar-electric și a propulsorului chimic, vor fi suficient de resurse pentru a conduce nava spațială pentru întreaga misiune de șapte ani, în timp ce oamenii de știință au avut în trecut să se bazeze pe metoda prașaportului folosind tragerea gravitațională a unei planete - Martianul stil.

Misiunea EAS se apropie rapid și agenția tocmai a terminat testarea noilor propulsori T6, care sunt fratele mai mare la T5, în această săptămână. Patterson spune ca NASA va implementa, de asemenea, mai multe misiuni bazate pe ion-propulsoare in anii 2020.

Patterson spune ca NASA a facut deja supravegherea orbita a tuturor obiectelor "relativ usoare" cu propulsie chimica, dar va avea nevoie de sisteme ionice pentru a atinge obiectivele de valoare mai mare, cum ar fi lunile mai mici, mai lungi si asteroizii care sunt mai greu de orbitat fara abilități corective stabile ale unui propulsor ionic.

"Acum, ajungeți la o știință mai interesantă, cum ar fi intrarea în orbitele Saturnului, Jupiter sau Marte și făcând știință interesantă acolo unde există potențialul de a testa viața în altă parte", spune Patterson. "Acestea sunt obiective de valoare științifică ridicată, dar sunt într-adevăr greu de făcut din punct de vedere al propulsiei".