X3 is een krachtige ionenmotor die op een dag mensen buiten de aarde zou kunnen voortstuwen. De boegschroef is enkele maanden geleden met succes getest, en zou door NASA kunnen worden geselecteerd als een cruciaal onderdeel van het voortstuwingssysteem voor toekomstige Mars-missies.

X3 is een Hall-effect boegschroef - een type ionenmotor waarbij het drijfgas (meestal xenon) wordt versneld door elektrische en magnetische velden. Dergelijke stuwraketten zijn veiliger en zuiniger dan motoren die worden gebruikt in traditionele chemische raketten. Echter, ze bieden momenteel een relatief lage stuwkracht en acceleratie. Daarom, ingenieurs werken nog steeds om ze krachtiger te maken.

Bijna 31,5 inch (80 centimeter) in diameter en met een gewicht van ongeveer 507 lbs. (230 kilogram), X3 is een driekanaals geneste boegschroef ontworpen om te werken op vermogensniveaus tot 200 kW. De boegschroef is gezamenlijk ontwikkeld door de Universiteit van Michigan (U-M), NASA en de Amerikaanse luchtmacht. Het project wordt gefinancierd door NASA's Next Space Technologies for Exploration Partnership (NextSTEP).

In juli en augustus 2017 brak de X3 boegschroef prestatierecords tijdens tests die werden uitgevoerd in het NASA Glenn Research Center. Het produceerde 5,4 Newton kracht vergeleken met het vorige record van 3,3 Newton, verdubbelde het bedrijfsstroomrecord (250 ampère vs. 112 ampère) en liep op een iets hoger vermogen (102 kW vs. 98 kW).

"Onze test was een enorm succes. We waren allebei in staat om de boegschroef op vol vermogen te laten werken, waaruit blijkt dat het goed heeft gepresteerd, en zoek een paar zaken om voor volgend jaar uit te werken. Ze waren allemaal klein en gemakkelijk te repareren, maar ze hadden problemen kunnen opleveren als we ze vonden tijdens onze 100 uur durende poging, " zei Scott Hall van het Plasmadynamics and Electric Propulsion Laboratory van U-M in een interview met Astrowatch.net.

De komende 100-uurs test staat gepland voor het voorjaar van 2018. Tijdens deze testcampagne, de X3 boegschroef zal worden geïntegreerd met het krachtverwerkingssysteem van Aerojet Rocketdyne.

Hall merkte op dat de recente tests met de X3 waren ontworpen als een risicoverminderingstest voor onze 100 uur durende test voor het NextSTEP-programma van NASA.

"We wilden alles afschudden - de boegschroef, de hulpapparatuur, en de vacuümfaciliteit - voordat we onze 100 uur durende run proberen, die moet 100 kW zijn, ' zei Hal.

X3 is een van de drie prototypemotoren die door NASA kunnen worden geselecteerd voor toekomstige bemande missies naar Mars. Wetenschappers schatten dat voor zo'n menselijke missie naar de Rode Planeet een voortstuwingssysteem nodig is dat ten minste 200 kW werkt.

Gezien het feit dat de X3 tot nu toe de grootste throttling-capaciteit heeft van alle Hall-throttles, zeven vuurconfiguraties en vermogensniveaus van 2 tot 200 kW, het zou de beste keuze kunnen zijn om een ​​fundamenteel onderdeel te worden van ruimtevaartuigen die astronauten buiten de aarde vervoeren.

"De X3 heeft het potentieel om zeer kritisch te zijn voor aanstaande bemande Mars-missies. De reden is dat de X3 een zeer flexibele boegschroef is met een groot smoorbereik, ’ merkte Hal op.

Hij voegde eraan toe dat bij lagere vermogensniveaus (zoals een enkele X3-schroef), de X3 is geweldig om veel vracht zeer efficiënt te verplaatsen. Dit soort missies zou waarschijnlijk eerder vertrekken dan de astronauten en vracht op de planeet afleveren voor hun aankomst, vlieg dan terug naar de aarde om te herladen voor de volgende missie.

Verder, bij hogere vermogens (meer dan 600 kW, een paar X3's bij elkaar geclusterd), de X3 heeft het potentieel om astronauten naar Mars te vervoeren.

"NASA heeft niet precies besloten hoe het zijn Mars-missies eruit wil zien, maar er is veel onderzoek gedaan naar verschillende manieren waarop u 100 tot 300 kW elektrische voortstuwing zoals de X3 kunt gebruiken, en zelfs tot 800 kW voor wanneer zonnepanelen krachtiger worden, ' zei Hal.

Opmerkelijk, studies hebben aangetoond dat rond de 600-700 kW, krachtige elektrische voortstuwing zoals de X3 wordt net zo snel als traditionele chemische voortstuwing, maar is veel efficiënter. Deze efficiëntie kan beslissend zijn wanneer NASA de motoren gaat kiezen voor toekomstige missies naar Mars of andere hemellichamen in het zonnestelsel.

"De X3 werd oorspronkelijk gefinancierd door de luchtmacht van de Verenigde Staten, niet NASA, die geïnteresseerd zijn in stuwraketten zoals de X3 voor het snel verplaatsen van zware dingen in een baan om de aarde. De X3 kan worden gebruikt in dat soort toepassingen zoals snel, efficiënte overdrachten van lage baan om de aarde (LEO) naar geostationaire baan (GEO), evenals vracht- en bemanningsvervoer naar een groot aantal interessante doelen, inclusief asteroïden in de buurt van de aarde en de manen van Mars, evenals Mars zelf. Het kan mogelijk ook worden gebruikt voor deep-space-missies, hoewel je daar waarschijnlijk kernenergie voor nodig hebt, omdat zonne-energie zo snel wegvalt, ’ concludeerde Halle.