La NASA desarrolló un sistema de propulsión eléctrica para pequeñas naves espaciales en futuras misiones de exploración planetaria.
Esta tecnología, denominada propulsor de efecto Hall de subkilovatios NASA-H71M, ya se está preparando para utilizarla con otro propósito: extender la vida útil de las naves espaciales que ya están en órbita.
Esta clase planetaria emergente de pequeñas naves espaciales deberá realizar maniobras de propulsión desafiantes, como alcanzar velocidades de escape planetario, captura de órbita y más, que requieren una capacidad de cambio de velocidad (delta-v) muy superior a las necesidades comerciales típicas y a la disponibilidad tecnológica actual.
Por lo tanto, la tecnología habilitadora número uno para estas misiones es un sistema de propulsión eléctrica que pueda ejecutar estas maniobras de alto delta-v. El sistema de propulsión debe funcionar con baja potencia (subkilovatios) y tener un alto rendimiento de propulsor (es decir, la capacidad de utilizar una gran masa total de propulsor durante su vida útil) para permitir el impulso necesario para ejecutar estas maniobras.
La nueva tecnología ha sido resultado de años de investigación y desarrollo en el Centro de Investigación Glenn (GRC) de la NASA.
Según la agencia espacial, la comercialización de este nuevo propulsor “pronto proporcionará al menos una solución que permitirá la próxima generación de misiones científicas de pequeñas naves espaciales que requerirán hasta 8 km/s de delta-v”.
Esta hazaña técnica se logró mediante la miniaturización de muchas tecnologías avanzadas de propulsión eléctrica solar de alta potencia desarrolladas durante la última década para aplicaciones como el elemento de potencia y propulsión de Gateway, la primera estación espacial alrededor de la Luna.
Las pequeñas naves espaciales que utilicen la tecnología de propulsión eléctrica NASA-H71M podrán maniobrar de forma independiente desde la órbita terrestre baja (LEO) hasta la Luna o incluso desde una órbita de transferencia geosincrónica (GTO) a Marte.
Esta capacidad es especialmente notable porque las oportunidades de lanzamiento comercial a LEO y GTO se han vuelto rutinarias, y el exceso de capacidad de lanzamiento de tales misiones a menudo se vende a bajo costo para desplegar naves espaciales secundarias. La capacidad de realizar misiones que se originan en estas órbitas cercanas a la Tierra puede aumentar en gran medida la cadencia y reducir el costo de las misiones científicas a la Luna y a Marte.
Esta capacidad de propulsión también aumentará el alcance de las naves espaciales secundarias, que históricamente se han limitado a objetivos científicos que se alinean con la trayectoria de lanzamiento de la misión principal.
Esta nueva tecnología permitirá que las misiones secundarias se desvíen sustancialmente de la trayectoria de la misión principal, lo que facilitará la exploración de una gama más amplia de objetivos científicos.
Además, estas misiones científicas de naves espaciales secundarias normalmente tendrían sólo un corto período de tiempo para recopilar datos durante un sobrevuelo a alta velocidad de un cuerpo distante. Esta mayor capacidad de propulsión permitirá la desaceleración y la inserción orbital en planetoides para estudios científicos a largo plazo.
Además, las naves espaciales pequeñas equipadas con una capacidad propulsora tan significativa estarán mejor equipadas para gestionar los cambios de última etapa en la trayectoria de lanzamiento de la misión principal. Estos cambios suelen ser un riesgo importante para las misiones científicas de naves espaciales pequeñas con una capacidad propulsora a bordo limitada que depende de la trayectoria inicial del lanzamiento para alcanzar su objetivo científico.
Las megaconstelaciones de pequeñas naves espaciales que se están formando actualmente en órbitas terrestres bajas han convertido a los propulsores de efecto Hall de baja potencia en el sistema de propulsión eléctrica más abundante utilizado en el espacio en la actualidad. Estos sistemas utilizan propulsor de manera muy eficiente, lo que permite la inserción en órbita, la salida de órbita y muchos años de prevención de colisiones y reprogramación.
Sin embargo, el diseño económico de estos sistemas de propulsión eléctrica comerciales ha limitado inevitablemente su vida útil a menos de unos pocos miles de horas de funcionamiento y estos sistemas sólo pueden procesar alrededor del 10% o menos de la masa inicial de una nave espacial pequeña en propulsor.
Por el contrario, las misiones científicas planetarias que se benefician de la tecnología del sistema de propulsión eléctrica NASA-H71M podrían funcionar durante 15 mil horas y procesar más del 30% de la masa inicial de la pequeña nave espacial en propulsor. Esta capacidad innovadora va mucho más allá de las necesidades de la mayoría de las misiones LEO comerciales y tiene un costo superior que hace que la comercialización de tales aplicaciones sea poco probable.
Un socio comercial que pronto utilizará la tecnología de propulsión eléctrica autorizada por la NASA en una aplicación comercial para naves espaciales pequeñas es SpaceLogistics, una filial de Northrop Grumman. El vehículo de servicio satelital Mission Extension Pod (MEP) está equipado con un par de propulsores de efecto Hall Northrop Grumman NGHT-1X, cuyo diseño se basa en el NASA-H71M.
