Ketika datang ke masa depan eksplorasi ruang angkasa, sejumlah teknologi baru sedang diselidiki. Yang paling menonjol di antaranya adalah bentuk-bentuk baru propulsi yang akan dapat menyeimbangkan efisiensi bahan bakar dengan tenaga. Tidak hanya mesin yang mampu mencapai daya dorong yang besar dengan menggunakan bahan bakar yang lebih sedikit akan lebih hemat biaya, mereka juga dapat mengangkut para astronot ke tujuan seperti Mars dan seterusnya dalam waktu yang lebih singkat.
Di sinilah mesin seperti X3 Hall-effect thruster ikut bermain. Thruster ini, yang sedang dikembangkan oleh Pusat Penelitian Glenn NASA bersama dengan Angkatan Udara AS dan Universitas Michigan, adalah model peningkatan jenis pendorong yang digunakan oleh Fajar pesawat ruang angkasa. Selama pengujian baru-baru ini, thruster ini memecahkan rekor sebelumnya untuk thruster efek Hall, mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan daya dorong yang superior.
Pendorong efek Hall telah mendapatkan dukungan dengan perencana misi dalam beberapa tahun terakhir karena efisiensi mereka yang ekstrem. Mereka berfungsi dengan mengubah sejumlah kecil propelan (biasanya gas inert seperti xenon) menjadi plasma bermuatan medan listrik, yang kemudian dipercepat dengan sangat cepat menggunakan medan magnet. Dibandingkan dengan roket kimia, mereka dapat mencapai kecepatan tertinggi menggunakan sebagian kecil dari bahan bakar mereka.
Namun, tantangan utama sejauh ini adalah membangun thruster efek Hall yang mampu mencapai tingkat dorongan yang tinggi juga. Sementara irit bahan bakar, mesin ion konvensional biasanya hanya menghasilkan sebagian kecil dari daya dorong yang dihasilkan oleh roket yang mengandalkan propelan bahan kimia padat. Oleh karena itu mengapa NASA telah mengembangkan model X3 thruster yang ditingkatkan bersama dengan para mitranya.
Pengembangan thruster telah diawasi oleh Alec Gallimore, seorang profesor teknik dirgantara dan Dekan Teknik Robert J. Vlasic di University of Michigan. Seperti yang dia tunjukkan dalam pernyataan pers Michigan News baru-baru ini:
“Misi Mars ada di cakrawala, dan kita sudah tahu bahwa pendorong Hall bekerja dengan baik di luar angkasa. Mereka dapat dioptimalkan baik untuk membawa peralatan dengan energi dan propelan minimal selama setahun atau lebih, atau untuk kecepatan — membawa kru ke Mars jauh lebih cepat. ”
Dalam pengujian baru-baru ini, X3 memecahkan rekor dorong sebelumnya yang ditetapkan oleh Hall Thruster, mencapai 5,4 newton of force dibandingkan dengan catatan lama 3,3 newton. X3 juga lebih dari dua kali lipat arus operasi (250 ampere vs 112 ampere) dan berlari pada daya yang sedikit lebih tinggi dari pemegang rekor sebelumnya (102 kilowatt vs 98 kilowatt). Ini adalah berita yang menggembirakan, karena itu berarti mesin dapat menawarkan akselerasi yang lebih cepat, yang berarti waktu perjalanan yang lebih singkat.
Tes dilakukan oleh Scott Hall dan Hani Kamhawi di NASA Glenn Research Center di Cleveland. Sedangkan Hall adalah mahasiswa doktoral di bidang teknik kedirgantaraan di U-M, Kamhawi adalah ilmuwan peneliti NASA Glenn yang telah banyak terlibat dalam pengembangan X3. Selain itu, Kamhawi juga merupakan mentor NASA Hall, sebagai bagian dari NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF).
Tes ini adalah puncak dari lebih dari lima tahun penelitian yang berusaha untuk memperbaiki desain efek Hall saat ini. Untuk melakukan tes, tim mengandalkan ruang vakum NASA Glenn, yang saat ini merupakan satu-satunya ruang di AS yang dapat menangani pendorong X3. Hal ini disebabkan oleh banyaknya knalpot yang dihasilkan thruster, yang dapat mengakibatkan xenon terionisasi melayang kembali ke dalam plasma plume, sehingga memiringkan hasil pengujian.
Pengaturan NASA Glenn adalah satu-satunya dengan pompa vakum yang cukup kuat untuk menciptakan kondisi yang diperlukan untuk menjaga knalpot tetap bersih. Hall dan Kamhawi juga harus membangun dorong dorong khusus untuk mendukung rangka X3 227 kg (500 pound) dan menahan gaya yang dihasilkannya, karena dudukan yang ada tidak sesuai dengan tugas. Setelah mengamankan jendela tes, tim menghabiskan empat minggu menyiapkan dudukan, pendorong, dan mengatur semua koneksi yang diperlukan.
Sementara itu, para peneliti, insinyur, dan teknisi NASA siap memberikan dukungan. Setelah 20 jam memompa untuk mencapai ruang hampa seperti ruang di dalam ruangan, Hall dan Kamhawi melakukan serangkaian tes di mana mesin akan ditembakkan selama 12 jam berturut-turut. Selama 25 hari, tim membawa X3 ke level pemecah rekor, arus, dan daya dorong.
Ke depan, tim berencana untuk melakukan lebih banyak tes di lab Gallimore di U-M menggunakan ruang vakum yang ditingkatkan. Peningkatan ini adalah jadwal yang harus diselesaikan pada Januari 2018, dan akan memungkinkan tim untuk melakukan tes di masa depan di rumah. Peningkatan ini dimungkinkan berkat hibah $ 1 juta USD, sebagian disumbangkan oleh Kantor Angkatan Udara Penelitian Ilmiah, dengan dukungan tambahan yang diberikan oleh Jet Propulsion Laboratory dan U-M.
Catu daya X3 juga sedang dikembangkan oleh Aerojet Rocketdyne, produsen propulsi roket dan rudal yang berbasis di Sacramento yang juga merupakan pemimpin dalam pemberian sistem propulsi dari NASA. Pada musim semi tahun 2018, mesin diharapkan untuk diintegrasikan dengan sistem tenaga ini; pada titik itu, serangkaian tes 100 jam yang akan sekali lagi dilakukan di Pusat Penelitian Glenn.
X3 adalah salah satu dari tiga prototipe yang diselidiki NASA untuk misi kru masa depan ke Mars, yang semuanya dimaksudkan untuk mengurangi waktu perjalanan dan mengurangi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan. Selain membuat misi semacam itu lebih hemat biaya, pengurangan waktu transit juga dimaksudkan untuk mengurangi jumlah radiasi yang akan diekspos oleh para astronot ketika mereka melakukan perjalanan antara Bumi dan Mars.
Proyek ini didanai melalui Next Space Technologies untuk Eksplorasi Kemitraan NASA (Next-STEP), yang mendukung tidak hanya sistem propulsi tetapi juga sistem habitat dan manufaktur dalam ruang.
