Advanced Electric Propulsion System ( AEPS ) es un sistema de propulsión eléctrica solar para naves espaciales que la NASA y Aerojet Rocketdyne están diseñando, desarrollando y probando para misiones científicas a gran escala y transporte de carga. [1] La primera aplicación del AEPS es impulsar el Elemento de Potencia y Propulsión (PPE) de Gateway , [1] que se lanzará en 2024. [2] El módulo PPE es construido por MAXARsoluciones espaciales en Palo Alto, California. Dos motores AEPS idénticos consumirían 25 kW generados por el conjunto de paneles solares desplegables (ROSA), que pueden producir más de 60 kW de potencia. [1]
El elemento de potencia y propulsión (PPE) del Lunar Gateway tendrá una masa de 8 a 9 toneladas métricas y será capaz de generar 50 kW [3] de energía eléctrica solar para sus propulsores Hall para la maniobrabilidad, que puede ser soportada por químicos. propulsores monopropulsores para maniobras de control de actitud de alto empuje. [4]
Descripción general
Se ha demostrado que la propulsión solar-eléctrica es confiable y eficiente, y permite una reducción significativa de la masa de las naves espaciales. La propulsión eléctrica solar de alta potencia es una tecnología clave que se ha priorizado debido a sus importantes beneficios de exploración en el espacio cis-lunar y misiones tripuladas a Marte. [1]
El sistema de propulsión AEPS Hall fue desarrollado originalmente desde 2015 por el Centro de Investigación Glenn de la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro para ser utilizado en la Misión de Redirección de Asteroides ahora cancelada . El trabajo en el propulsor no se detuvo tras la cancelación de la misión en abril de 2017 porque existe una demanda de dichos propulsores para una variedad de misiones comerciales, de defensa y de la NASA en el espacio profundo. [1] [5] [6] Desde mayo de 2016, [7] el trabajo adicional en AEPS se ha transferido a Aerojet Rocketdyne, que actualmente está diseñando y probando el hardware del modelo de ingeniería. [1] Este es un contrato por valor de $ 65 millones, donde Aerojet Rocketdyne desarrolló, calificó y entregará cinco subsistemas de propulsores Hall de 12,5 kW, incluidos propulsores, PPU y controladores de flujo de xenón. [8]
Diseño
AEPS | Rendimiento [9] |
---|---|
Max. el consumo de energía | 40 kW |
Max. corriente de funcionamiento | ≤ 25 A |
Voltaje | Entrada: 95 V - 140 V Salida: 300 V - 600 V |
Max. impulso específico ( I sp ) | 2.900 segundos |
Max. empuje | 600 mN / motor |
Empuje total teórico | 2,356 N |
Empuje real a 40 kW | 1,77 N |
Rango de distancia del sol | 0,8 a 1,7 AU |
Masa del sistema | Motores de 100 kg × 4 |
Masa propulsora de xenón (Lunar Gateway) | 5,000 kilogramos |
AEPS se basa en el propulsor del modelo de desarrollo de 12,5 kW llamado 'Cohete de efecto Hall con blindaje magnético' (HERMeS). El motor eléctrico solar AEPS hace uso del propulsor de efecto Hall en el que el propulsor es ionizado y acelerado por un campo eléctrico para producir empuje . Para generar 12,5 kW en el propulsor, en realidad se necesita un total de 13,3 kW, incluida la potencia necesaria para la electrónica de control. Cuatro motores AEPS idénticos (propulsor y electrónica de control) necesitarían teóricamente 4 × 13,3 = 53,2 kW, más de los 50 kW generados por los paneles solares del PPE. [1] Se afirma que la matriz AEPS sólo pretende utilizar 40 kW de la 50 kW, por lo que el empuje máximo estaría limitada a alrededor de 1,77 N .
El modelo de ingeniería también se está sometiendo a varias pruebas de vibración, pruebas de entorno dinámico y térmico de propulsores. [1] Se espera que AEPS acumule alrededor de 5.000 h al final del contrato y el diseño apunta a lograr un modelo de vuelo que ofrezca una vida media de al menos 23.000 horas [1] y una vida completa de unas 50.000 horas. [6]
Los tres componentes principales del motor de propulsión AEPS son: un propulsor Hall, una unidad de procesador de potencia (PPU) y el controlador de flujo de xenón (XFC). Los propulsores son regulables en un rango de potencia de entrada de 6,67 - 40 kW con voltajes de entrada que oscilan entre 95 y 140 V. [1] La masa de propulsor de xenón estimada para el Lunar Gateway sería de 5.000 kg. [1] La Revisión Preliminar del Diseño tuvo lugar en agosto de 2017. [10] Se concluyó que "La Unidad de Procesamiento de Energía demostró con éxito un funcionamiento estable del sistema de propulsión y respondió adecuadamente a todos nuestros escenarios de contingencia planificados". [11]
Pruebas
En julio de 2017, AEPS se probó en Glenn Research Center. [12] Las pruebas utilizaron una unidad de procesamiento de energía (PPU), que también podría usarse para otra tecnología avanzada de propulsión de naves espaciales. [12] En agosto de 2018, Aerojet Rocketdyne completó la primera prueba de integración de sistemas en una cámara de vacío, lo que llevó a la fase de finalización y verificación del diseño. [13] [14] En noviembre de 2019, Aerojet Rocketdyne demostró el propulsor AEPS a plena potencia por primera vez. [15]
Ver también
- Preparación para la aplicación de la tecnología solar de la NASA - Sistema de propulsión espacial
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k Descripción general del desarrollo y la aplicación de la misión del sistema avanzado de propulsión eléctrica (AEPS) . (PDF). Daniel A. Herman, Todd A. Tofil, Walter Santiago, Hani Kamhawi, James E. Polk, John S. Snyder, Richard R. Hofer, Frank Q. Picha, Jerry Jackson y May Allen. NASA; NASA / TM — 2018-219761. 35 ° Congreso Internacional de Propulsión Eléctrica. Atlanta, Georgia, 8 al 12 de octubre de 2017. Consultado: 27 de julio de 2018.
- ^ "Informe n. ° IG-21-004: Gestión de la NASA del programa Gateway para misiones Artemis" (PDF) . OIG . NASA . 10 de noviembre de 2020. págs. 5-7 . Consultado el 28 de diciembre de 2020 .
- ^ La NASA emite contratos de estudio para el elemento Deep Space Gateway . Jeff Foust, noticias espaciales . 3 de noviembre de 2017.
- ^ Chris Gebhardt. "La NASA finalmente establece metas, misiones para SLS - ojos plan de varios pasos a Marte" . Vuelo espacial de la NASA . Consultado el 9 de abril de 2017 .
- ^ Jeff Foust (14 de junio de 2017). "NASA cerrando la misión de redireccionamiento de asteroides" . Noticias espaciales . Consultado el 9 de septiembre de 2017 .
- ^ a b Aerojet Rocketdyne firma un contrato para desarrollar un sistema avanzado de propulsión eléctrica para la NASA . Aerojet Rocketdyne. Comunicado de prensa, 28 de abril de 2016. Consultado: 27 de julio de 2018.
- ^ Trabajos de la NASA para mejorar la propulsión eléctrica solar para la exploración del espacio profundo . Noticias de la NASA. 19 de abril de 2016. Consultado el 27 de julio de 2018.
- ^ Aerojet Rocketdyne prueba con éxito el sistema de propulsión eléctrica avanzada para ampliar las capacidades de tecnología espacial de la nación. Aerojet Rocketdyne. 6 de julio de 2017.
- ^ Estado de los sistemas avanzados de propulsión eléctrica para misiones de exploración. R. Joseph Cassady, Sam Wiley, Jerry Jackson. Aerojet Rocketdyne. 16 de noviembre de 2018.
- ^ Desarrollo y calificación del sistema de vuelo de propulsión eléctrica avanzada de 13kW . (PDF). Jerry Jackson, May Allen, Roger Myers, Erich Soendker, Benjamin Welander, Artie Tolentino, Chris Sheehan, Joseph Cardin, John Steven Snyder, Richard R. Hofer, Todd Tofil1, Dan Herman, Sam Hablitze y Chyrl Yeatts. La 35ª Conferencia Internacional de Propulsión Eléctrica. Atlanta, Georgia, Estados Unidos. 8 al 12 de octubre de 2017.
- ^ Sistema de propulsión eléctrica avanzado probado con éxito en el Centro de Investigación Glenn de la NASA . Jason Rhian, experto en vuelos espaciales . 8 de julio de 2017.
- ^ a b "Sistema avanzado de propulsión eléctrica probado con éxito en el Centro de investigación Glenn de la NASA - SpaceFlight Insider" . www.spaceflightinsider.com . Consultado el 28 de julio de 2018 .
- ^ Las pruebas exitosas le dan un impulso al sistema de propulsión eléctrica avanzada de la NASA . David Szondy, Nuevo Atlas . 29 de agosto de 2018.
- ^ Aerojet Rocketdyne demuestra capacidades avanzadas de propulsión eléctrica. Espacio diario . 29 de agosto de 2018.
- ^ "El propulsor de propulsión eléctrica avanzada para la puerta de enlace de la NASA logra una demostración de potencia completa - Arco parabólico" . Consultado el 11 de noviembre de 2019 .