Een geavanceerde ruimtemotor in de race om mensen naar Mars te stuwen heeft de records voor bedrijfsstroom gebroken, kracht en stuwkracht voor een apparaat in zijn soort, bekend als een Hall boegschroef.

De ontwikkeling van de boegschroef werd geleid door Alec Gallimore, University of Michigan hoogleraar lucht- en ruimtevaarttechniek en de Robert J. Vlasic Dean of Engineering.

Hall-stuwraketten bieden uitzonderlijk efficiënte op plasma gebaseerde voortstuwing van ruimtevaartuigen door kleine hoeveelheden drijfgas zeer snel te versnellen met behulp van elektrische en magnetische velden. Ze kunnen topsnelheden bereiken met een kleine fractie van de brandstof die nodig is in een chemische raket.

"Mars-missies zijn net aan de horizon, en we weten al dat Hall-stuwraketten goed werken in de ruimte, " zei Gallimore. "Ze kunnen worden geoptimaliseerd voor het dragen van apparatuur met minimale energie en drijfgas in de loop van een jaar of zo, of voor snelheid - de bemanning veel sneller naar Mars brengen."

De uitdaging is om ze groter en krachtiger te maken. de X3, een Hall boegschroef ontworpen door onderzoekers van U-M, NASA en de Amerikaanse luchtmacht, verbrijzelde het vorige stuwkrachtrecord van een Hall-schroef, komt uit op 5,4 Newton kracht vergeleken met 3,3 Newton. De verbetering van de stuwkracht is vooral belangrijk voor bemande missies - het betekent snellere acceleratie en kortere reistijden. De X3 verdubbelde ook het bedrijfsstroomrecord (250 ampère versus 112 ampère) en liep op een iets hoger vermogen (102 kilowatt versus 98 kilowatt).

De X3 is een van de drie prototype "Mars-motoren" die met financiering van NASA worden omgezet in een volledig voortstuwingssysteem. Scott Hall, een doctoraatsstudent lucht- en ruimtevaarttechniek aan de U-M, voerde de tests uit in het NASA Glenn Research Center in Cleveland, samen met Hani Kamhawi, een NASA Glenn-onderzoeker die nauw betrokken is geweest bij de ontwikkeling van de X3. De experimenten waren het hoogtepunt van meer dan vijf jaar bouwen, testen en verbeteren van de boegschroef.

NASA Glenn, die gespecialiseerd is in zonne-elektrische voortstuwing, is momenteel de thuisbasis van de enige vacuümkamer in de VS die de X3-schroef aankan. De boegschroef produceert zoveel uitlaatgassen dat vacuümpompen in andere kamers het niet kunnen bijhouden. Vervolgens, xenon dat uit de achterkant van de motor is geschoten, kan terugdrijven in de plasmapluim, de resultaten vertroebelen. Maar vanaf januari 2018 een upgrade van de vacuümkamer in Gallimore's lab zal X3-testen direct bij U-M mogelijk maken.

Voor nu, het X3-team heeft van eind juli tot augustus dit jaar een testvenster vastgehouden, beginnend met vier weken om de stuwkrachtstandaard op te zetten, monteer de boegschroef en sluit de boegschroef aan op xenon en elektrische voedingen. Hall had een aangepaste stuwkrachtstandaard gebouwd om het gewicht van 500 pond van de X3 te dragen en zijn kracht te weerstaan, omdat bestaande tribunes eronder zouden instorten. Gedurende het hele proces, Hall en Kamhawi werden ondersteund door NASA-onderzoekers, ingenieurs en technici.

"Het grote moment is wanneer je de deur sluit en de kamer leegpompt, ' zei Hal.

Na 20 uur pompen om een ​​ruimtelijk vacuüm te bereiken, Hall en Kamhawi brachten dagen van 12 uur door met het testen van de X3.

Zelfs kleine breuken voelen als grote problemen wanneer het dagen duurt om geleidelijk lucht terug in de kamer te brengen, ga naar binnen om de reparatie uit te voeren en pomp de lucht er weer uit. Maar ondanks de uitdagingen, Hall en Kamhawi brachten de X3 tot zijn recordbrekende kracht, stroom en stuwkracht gedurende de 25 testdagen.

Vooruit kijken, de X3 zal eindelijk worden geïntegreerd met de voedingen die in ontwikkeling zijn door Aerojet Rocketdyne, een fabrikant van raketten en raketvoortstuwing en leiden op de voortstuwingssysteemsubsidie ​​​​van NASA. In het voorjaar van 2018, Hall verwacht terug te zijn bij NASA Glenn die een 100 uur durende test van de X3 uitvoert met het energieverwerkingssysteem van Aerojet Rocketdyne.