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propulsor de efecto Hall

Propulsor Hall de 6 kW en funcionamiento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. En la propulsión de naves espaciales , un propulsor de efecto Hall ( HET, a veces...

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Propulsor Hall de 6  kW en funcionamiento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

En la propulsión de naves espaciales , un propulsor de efecto Hall ( HET, a veces denominado propulsor Hall o propulsor de corriente Hall) es un tipo de propulsor iónico en el que el propulsor se acelera mediante un campo eléctrico . Basados ​​en el descubrimiento de Edwin Hall , los propulsores de efecto Hall utilizan un campo magnético para limitar el movimiento axial de los electrones y luego los utilizan para ionizar el propulsor, acelerar eficientemente los iones para producir empuje y neutralizar los iones en la columna de gas. El propulsor de efecto Hall se clasifica como una tecnología de propulsión espacial de impulso específico moderado (1600  s) y se ha beneficiado de una considerable investigación teórica y experimental desde la década de 1960. [ 1 ]

Los propulsores de efecto Hall funcionan con diversos propelentes, siendo los más comunes el xenón y el kriptón . Otros propelentes de interés incluyen el argón , el bismuto , el yodo , el magnesio , el zinc y el adamantano .

Los propulsores de efecto Hall pueden acelerar sus gases de escape a velocidades entre 10 y 80  km/s (  impulso específico de 1000 a 8000 s), y la mayoría de los modelos operan entre 15 y 30  km/s. El empuje producido depende del nivel de potencia. Los dispositivos que operan a 1,35  kW producen aproximadamente 83  mN de empuje. Los modelos de alta potencia han demostrado hasta 5,4  N en el laboratorio. [ 2 ] Se han demostrado niveles de potencia de hasta 100  kW para propulsores de efecto Hall de xenón. [ 3 ]

A partir de 2009,Los propulsores de efecto Hall tenían niveles de potencia de entrada que oscilaban entre 1,35 y 10 kilovatios y velocidades de escape de 10 a 50 kilómetros por segundo, con un empuje de 40 a 600 milinewtons y una eficiencia de entre el 45 y el 60 por ciento. [ 4 ] Las aplicaciones de los propulsores de efecto Hall incluyen el control de la orientación y la posición de los satélites en órbita y su uso como motor de propulsión principal para vehículos espaciales robóticos de tamaño mediano. [ 4 ]

Historia

Los propulsores de efecto Hall se estudiaron de forma independiente en Estados Unidos y la Unión Soviética . Se describieron públicamente por primera vez en Estados Unidos a principios de la década de 1960. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Sin embargo, el propulsor de efecto Hall se desarrolló por primera vez como un dispositivo de propulsión eficiente en la Unión Soviética. En Estados Unidos, los científicos se centraron en el desarrollo de propulsores iónicos de rejilla .

diseños soviéticos

En la Unión Soviética se desarrollaron dos tipos de propulsores de efecto Hall:

Propulsores SPT soviéticos y rusos

El diseño del SPT fue en gran parte obra de AI Morozov. [ 8 ] [ 9 ] El primer SPT en operar en el espacio, un SPT-50 a bordo de una nave espacial soviética Meteor , fue lanzado en diciembre de 1971. Se utilizaron principalmente para la estabilización de satélites en las direcciones norte-sur y este-oeste. Desde entonces hasta finales de la década de 1990, 118 motores SPT completaron su misión y unos 50 continuaron en operación. El empuje de la primera generación de motores SPT, SPT-50 y SPT-60, era de 20 y 30  mN respectivamente. En 1982, se introdujeron el SPT-70 y el SPT-100 , cuyos empujes eran de 40 y 83  mN respectivamente. En la Rusia postsoviética se introdujeron los modelos de alta potencia (unos pocos kilovatios ) SPT-140 , SPT-160, SPT-200, T-160 y de baja potencia (menos de 500 W) SPT-35. [ 10 ]

Los propulsores soviéticos y rusos de tipo TAL incluyen los D-38, D-55, D-80 y D-100. [ 10 ]

Diseños no soviéticos

Los propulsores de fabricación soviética se introdujeron en Occidente en 1992, después de que un equipo de especialistas en propulsión eléctrica del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , el Centro de Investigación Glenn y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , con el apoyo de la Organización de Defensa contra Misiles Balísticos , visitara laboratorios rusos y evaluara experimentalmente el SPT-100 (es decir, un  propulsor SPT de 100 mm de diámetro). Los propulsores Hall se siguen utilizando en naves espaciales rusas y también se han empleado en naves espaciales europeas y estadounidenses. Space Systems/Loral , un fabricante estadounidense de satélites comerciales, utiliza actualmente propulsores Fakel SPT-100 en sus satélites de comunicaciones GEO.

Desde principios de la década de 1990, los propulsores Hall han sido objeto de numerosos esfuerzos de investigación en Estados Unidos, India, Francia, Italia, Japón y Rusia (con muchos esfuerzos menores dispersos en varios países alrededor del mundo). La investigación sobre propulsores Hall en Estados Unidos se lleva a cabo en varios laboratorios gubernamentales, universidades y empresas privadas. Los centros gubernamentales y financiados por el gobierno incluyen el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , el Centro de Investigación Glenn de la NASA , el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (Base de la Fuerza Aérea Edwards, California) y The Aerospace Corporation . Las universidades incluyen el Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea de Estados Unidos , [ 11 ] la Universidad de Michigan , la Universidad de Stanford , el Instituto Tecnológico de Massachusetts , la Universidad de Princeton , la Universidad Tecnológica de Michigan y Georgia Tech . En 2023, estudiantes del Olin College of Engineering demostraron el primer propulsor Hall de estado estacionario diseñado por estudiantes de pregrado. [ 12 ] Se está llevando a cabo una cantidad considerable de desarrollo en la industria, como IHI Corporation en Japón, Aerojet y Busek en los EE. UU., Safran Spacecraft Propulsion en Francia, LAJP en Ucrania, SITAEL en Italia y Satrec Initiative en Corea del Sur.

Módulo propulsor de efecto Hall con tanque de propulsor y unidad de control visibles.

El primer uso de propulsores de efecto Hall en órbita lunar tuvo lugar en la misión lunar SMART-1 de la Agencia Espacial Europea (ESA) en 2003.

Los propulsores Hall se demostraron por primera vez en un satélite occidental en la nave espacial STEX del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) , que transportaba el cohete ruso D-55. El primer propulsor Hall estadounidense en volar al espacio fue el Busek BHT-200 en la nave espacial de demostración tecnológica TacSat-2 . El primer vuelo de un propulsor Hall estadounidense en una misión operativa fue el Aerojet BPT-4000, que se lanzó en agosto de 2010 en el satélite militar de comunicaciones GEO de frecuencia extremadamente alta avanzada . Con 4,5 kW, el BPT-4000 es también el propulsor Hall de mayor potencia jamás volado al espacio. Además de las tareas habituales de mantenimiento de posición, el BPT-4000 también proporciona capacidad de elevación de órbita a la nave espacial. El X-37B se ha utilizado como banco de pruebas para el propulsor Hall de la serie de satélites AEHF. [ 13 ] Varios países del mundo continúan sus esfuerzos para certificar la tecnología de propulsores Hall para usos comerciales. La constelación Starlink de SpaceX , la mayor constelación de satélites del mundo, utiliza propulsores de efecto Hall. Starlink inicialmente utilizó gas kriptón, pero con sus satélites V2 cambió a argón debido a su menor precio y amplia disponibilidad. [ 14 ] 

El primer despliegue de propulsores Hall más allá de la esfera de influencia de la Tierra fue la nave espacial Psyche , lanzada en 2023 hacia el cinturón de asteroides para explorar 16 Psyche . [ 15 ]

Diseños indios

En India, la investigación la llevan a cabo tanto institutos de investigación públicos como privados, así como empresas.

En 2010, la ISRO utilizó propulsores de propulsión iónica de efecto Hall en el satélite GSAT-4, transportado por el GSLV -D3. Este satélite contaba con cuatro propulsores alimentados por xenón para el mantenimiento de la órbita norte-sur. Dos de ellos eran rusos y los otros dos, indios. Los propulsores indios tenían una potencia nominal de 13  mN. Sin embargo, el GSLV-D3 no logró alcanzar la órbita.

Al año siguiente, en 2014, ISRO estaba desarrollando propulsores SPT de 75  mN y 250  mN para su uso en sus futuros satélites de comunicaciones de alta potencia. Los  propulsores de 75 mN se utilizaron a bordo del satélite de comunicaciones GSAT-9 . [ 16 ]

Para 2021, el desarrollo de un  propulsor de 300 mN estaba completo. Paralelamente,  se estaban desarrollando motores de plasma de 10 kW alimentados por radiofrecuencia y sistemas de propulsión eléctrica de baja potencia basados ​​en kriptón.

Con la entrada de empresas privadas en el sector espacial, Bellatrix Aerospace se convirtió en la primera empresa comercial en lanzar propulsores de efecto Hall comerciales. El modelo actual del propulsor utiliza xenón como propulsor. Las pruebas se llevaron a cabo en el laboratorio de investigación de propulsión de naves espaciales del Instituto Indio de Ciencias , Bengaluru . Se utilizó tecnología de cátodo sin calentador para aumentar la vida útil y la redundancia del sistema. Bellatrix Aerospace había desarrollado previamente el primer propulsor electrotérmico de microondas disponible comercialmente , para el cual la empresa recibió un pedido de ISRO. [ 17 ] La serie ARKA de HET se lanzó en la misión PSLV-C55 . Se probó con éxito en POEM-2 . [ 18 ]

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento esencial del propulsor de Hall consiste en utilizar un potencial electrostático para acelerar iones a altas velocidades. En un propulsor de Hall, la carga negativa atractiva la proporciona un plasma de electrones en el extremo abierto del propulsor, en lugar de una rejilla. Se utiliza un campo magnético radial de aproximadamente 100-300 G (10-30 mT ) para confinar los electrones, donde la combinación del campo magnético radial y el campo eléctrico axial provoca que los electrones se desplacen en azimut, formando así la corriente de Hall que da nombre al dispositivo.  

Propulsor de efecto Hall. Los propulsores de efecto Hall son en gran medida simétricos axialmente. Esta es una sección transversal que contiene dicho eje.

En la imagen adjunta se muestra un esquema de un propulsor Hall. Se aplica un potencial eléctrico de entre 150 y 800 voltios entre el ánodo y el cátodo .

La punta central forma uno de los polos de un electroimán y está rodeada por un espacio anular, y alrededor de este se encuentra el otro polo del electroimán, con un campo magnético radial entre ambos.

El propulsor, como el gas xenón , se introduce a través del ánodo, que posee numerosos orificios pequeños que actúan como distribuidor de gas. A medida que los átomos neutros de xenón se difunden en el canal del propulsor, se ionizan por colisiones con electrones circulantes de alta energía (normalmente de 10 a 40  eV, o aproximadamente el 10 % del voltaje de descarga). La mayoría de los átomos de xenón se ionizan con una carga neta de +1, pero una fracción considerable (aproximadamente el 20 %) presenta una carga neta de +2.

Los iones de xenón son acelerados por el campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Para voltajes de descarga de 300  V, los iones alcanzan velocidades de aproximadamente 15 km/s (9,3 mi/s) con un impulso específico de 1500 s (15 kN·s/kg). Sin embargo, al salir, los iones arrastran consigo un número igual de electrones, creando una columna de plasma sin carga neta.    

El campo magnético radial está diseñado para ser lo suficientemente fuerte como para desviar sustancialmente los electrones de baja masa, pero no los iones de alta masa, que tienen un radio de giro mucho mayor y apenas se ven afectados. La mayoría de los electrones quedan, por lo tanto, atrapados orbitando en la región de alto campo magnético radial cerca del plano de salida del propulsor, en E × B (campo eléctrico axial y campo magnético radial). Esta rotación orbital de los electrones es una corriente de Hall circulante , y es de ahí de donde proviene el nombre del propulsor de Hall. Las colisiones con otras partículas y paredes, así como las inestabilidades del plasma, permiten que algunos electrones se liberen del campo magnético y se desplacen hacia el ánodo.

Aproximadamente entre el 20 y el 30 % de la corriente de descarga corresponde a electrones, que no generan empuje, lo que limita la eficiencia energética del propulsor; el 70-80 % restante corresponde a iones. Dado que la mayoría de los electrones quedan atrapados en la corriente de Hall, tienen un tiempo de residencia prolongado dentro del propulsor y pueden ionizar casi todo el propulsor de xenón, lo que permite un aprovechamiento de la masa del 90-99 %. Por lo tanto, la eficiencia de aprovechamiento de la masa del propulsor ronda el 90 %, mientras que la eficiencia de la corriente de descarga se sitúa en torno al 70 %, lo que resulta en una eficiencia combinada del propulsor de aproximadamente el 63 % (= 90 % × 70 %). Los propulsores de Hall modernos han alcanzado eficiencias de hasta el 75 % gracias a diseños avanzados.

En comparación con los cohetes químicos, el empuje es muy pequeño, del orden de 83  mN para un propulsor típico que funciona a 300  V y 1,5  kW. A modo de comparación, el peso de una moneda como la de 25 centavos de dólar estadounidense o una de 20 céntimos de euro es de aproximadamente 60  mN. Como ocurre con todas las formas de propulsión eléctrica para naves espaciales , el empuje está limitado por la potencia disponible, la eficiencia y el impulso específico .

Sin embargo, los propulsores de efecto Hall operan con los altos impulsos específicos típicos de la propulsión eléctrica. Una ventaja particular de los propulsores de efecto Hall, en comparación con los propulsores iónicos de rejilla , es que la generación y aceleración de los iones se produce en un plasma cuasineutral, por lo que no existe la limitación de corriente de saturación de carga de Child-Langmuir (carga espacial) en la densidad de empuje. Esto permite el uso de propulsores mucho más pequeños que los propulsores iónicos de rejilla.

Otra ventaja es que estos propulsores pueden usar una mayor variedad de propelentes suministrados al ánodo, incluso oxígeno, aunque se necesita algo que se ionice fácilmente en el cátodo. [ 19 ]

Física de plasmas

El movimiento de partículas cargadas en un propulsor de efecto Hall se rige por la fuerza de Lorentz :

F=q(mi+v×B){\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}

dóndeq{\displaystyle q}es la carga de la partícula,mi{\displaystyle \mathbf {E} }es el campo eléctrico ,v{\displaystyle \mathbf {v} }es la velocidad de la partícula, yB{\displaystyle \mathbf {B} }es el campo magnético . En un propulsor Hall anular convencional, el campo eléctrico dominante es aproximadamente axial y el campo magnético es aproximadamente radial. [ 20 ] Los campos eléctrico y magnético cruzados hacen que los electrones magnetizados experimenten una deriva azimutal E-cruz-B :

vmi×B=mi×BB2{\displaystyle \mathbf {v} _{E\times B}={\frac {\mathbf {E} \times \mathbf {B} }{B^{2}}}}

Esta deriva produce la corriente de Hall circulante de la que el propulsor recibe su nombre. El grado de magnetización de los electrones se caracteriza a menudo por el parámetro de Hall :

Ωmi=ωdomiνmi{\displaystyle \Omega _{e}={\frac {\omega _{ce}}{\nu _{e}}}}

dóndeωdomi=miB/metromi{\displaystyle \omega _{ce}=eB/m_{e}}es la frecuencia ciclotrónica del electrón yνmi{\displaystyle \nu _{e}}es una frecuencia de colisión de electrones efectiva . Los iones son acelerados principalmente por el campo eléctrico axial. Para un ion de masametroi{\displaystyle m_{i}}y estado de cargaZ{\displaystyle Z}acelerado mediante un voltaje de haz efectivoVb{\displaystyle V_{b}}La conservación de la energía da como resultado:

12metroivi2=ZmiVb⟹vi=2ZmiVbmetroi{\displaystyle {\frac {1}{2}}m_{i}v_{i}^{2}=ZeV_{b}\implies v_{i}={\sqrt {\frac {2ZeV_{b}}{m_{i}}}}}

El empuje ideal asociado al haz de ionesT≈metro˙ivi{\displaystyle T\approx {\dot {m}}_{i}v_{i}}, dóndemetro˙i{\displaystyle {\dot {m}}_{i}}es el caudal másico de iones. En la práctica, el empuje se reduce por pérdidas tales como la divergencia del haz, la utilización incompleta del propulsor, los iones con carga múltiple, las pérdidas en las paredes y la corriente de electrones que llega al ánodo sin contribuir al empuje. [ 21 ]

Propulsores

Los propulsores de efecto Hall suelen utilizar propelentes de gases nobles porque son químicamente inertes, pueden almacenarse como gases comprimidos y no requieren vaporización antes de su uso. Tradicionalmente, se ha preferido el xenón debido a que su alta masa atómica y su energía de ionización relativamente baja reducen las pérdidas por ionización y favorecen una producción de empuje eficiente. Las alternativas de menor coste, como el criptón y el argón, se han vuelto atractivas para las grandes constelaciones de satélites, donde el precio y el suministro del propelente pueden ser tan importantes como la eficiencia máxima del propulsor. El mercurio también se ha utilizado experimentalmente, ya que es más pesado que el xenón o el criptón, barato y fácil de almacenar en estado líquido. [ 22 ] [ 23 ]

Xenón

El xenón ha sido la opción típica de propulsor para muchos sistemas de propulsión eléctrica, incluidos los propulsores Hall. [ 24 ] El propulsor de xenón se utiliza debido a su alto peso atómico y bajo potencial de ionización . El xenón es relativamente fácil de almacenar y, como gas a las temperaturas de funcionamiento de las naves espaciales, no necesita vaporizarse antes de su uso, a diferencia de los propulsores metálicos como el bismuto. El alto peso atómico del xenón significa que la relación de energía gastada para la ionización por unidad de masa es baja, lo que resulta en un propulsor más eficiente. [ 25 ]

Criptón

El kriptón es otra opción de propulsor para los propulsores Hall. El xenón tiene un potencial de ionización de 12,1298 eV, mientras que el kriptón tiene un potencial de ionización de 13,996 eV. [ 26 ] Esto significa que los propulsores que utilizan kriptón necesitan gastar una energía ligeramente mayor por mol para ionizarse, lo que reduce la eficiencia. Además, el kriptón es un ion más ligero, por lo que la masa unitaria por energía de ionización se reduce aún más en comparación con el xenón. Sin embargo, el xenón puede ser más de diez veces más caro que el kriptón por kilogramo , lo que hace que el kriptón sea una opción más económica para la construcción de constelaciones de satélites como la Starlink V1 de SpaceX , cuyos propulsores Hall originales utilizaban kriptón. [ 24 ] [ 27 ]

Argón

SpaceX desarrolló un nuevo propulsor que utiliza argón como propulsor para su Starlink V2 mini. El nuevo propulsor tenía 2,4 veces el empuje y 1,5 veces el impulso específico que el propulsor anterior de SpaceX que utilizaba kriptón. [ 14 ] El argón es aproximadamente 100 veces más barato que el kriptón y 1000 veces más barato que el xenón. [ 28 ]

Comparación de gases nobles

Variantes

Además de los tipos soviéticos SPT y TAL mencionados anteriormente, existen:

Propulsores de Hall cilíndricos

 Un propulsor de efecto Hall Exotrail ExoMG-nano (60 W) funcionando en una cámara de vacío.

Aunque los propulsores Hall convencionales (anulares) son eficientes en el régimen de potencia de kilovatios , se vuelven ineficientes cuando se reducen a tamaños pequeños. Esto se debe a las dificultades asociadas con mantener constantes los parámetros de escalado de rendimiento mientras se disminuye el tamaño del canal y se aumenta la intensidad del campo magnético aplicado . Esto llevó al diseño del propulsor Hall cilíndrico. El propulsor Hall cilíndrico se puede reducir más fácilmente a tamaños más pequeños debido a la geometría no convencional de su cámara de descarga y al perfil de campo magnético asociado . [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] El propulsor Hall cilíndrico se presta más fácilmente a la miniaturización y al funcionamiento de baja potencia que un propulsor Hall convencional (anular). La razón principal para los propulsores Hall cilíndricos es que es difícil lograr un propulsor Hall regular que funcione en un amplio rango desde aproximadamente 1  kW hasta aproximadamente 100  W manteniendo una eficiencia del 45-55%. [ 33 ]

propulsor Hall de descarga externa

La erosión por pulverización catódica de las paredes del canal de descarga y las piezas polares que protegen el circuito magnético provoca fallos en el funcionamiento del propulsor. Por lo tanto, los propulsores Hall anulares y cilíndricos tienen una vida útil limitada. Aunque se ha demostrado que el blindaje magnético reduce drásticamente la erosión de las paredes del canal de descarga, la erosión de las piezas polares sigue siendo una preocupación. [ 34 ] Como alternativa,  se ha introducido un diseño de propulsor Hall no convencional llamado propulsor Hall de descarga externa o propulsor de plasma de descarga externa (XPT). ​​[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] El propulsor Hall de descarga externa no posee paredes de canal de descarga ni piezas polares. La descarga de plasma se produce y se mantiene completamente en el espacio abierto fuera de la estructura del propulsor, y por lo tanto se logra un funcionamiento sin erosión.

Aplicaciones

Ilustración del Elemento de Energía y Propulsión (PPE) y del Puesto Avanzado de Habitabilidad y Logística (HALO) de la estación espacial Gateway en órbita alrededor de la Luna en 2024.
Ilustración de la estación espacial Gateway en órbita alrededor de la Luna. La órbita de la Gateway se habría mantenido mediante propulsores de efecto Hall.

Los propulsores Hall han estado volando en el espacio desde diciembre de 1971, cuando la Unión Soviética lanzó un SPT-50 en un satélite Meteor. [ 38 ] Más de 240 propulsores han volado en el espacio desde entonces, con una tasa de éxito del 100 %. [ 39 ] Los propulsores Hall ahora vuelan de forma rutinaria en satélites de comunicaciones comerciales LEO y GEO, donde se utilizan para la inserción orbital y el mantenimiento de la posición .

El primer propulsor Hall que voló en un satélite occidental fue un D-55 ruso construido por TsNIIMASH, en la nave espacial STEX de la NRO , lanzada el 3 de octubre de 1998. [ 40 ]

El sistema de propulsión eléctrica solar de la nave espacial SMART-1 de la Agencia Espacial Europea utilizó un propulsor Hall Snecma PPS-1350 -G. [ 41 ] SMART-1 fue una misión de demostración tecnológica que orbitó la Luna . Este uso del PPS-1350-G, que comenzó el 28 de septiembre de 2003, fue el primer uso de un propulsor Hall fuera de la órbita geoestacionaria terrestre (GEO). Como la mayoría de los sistemas de propulsión de propulsores Hall utilizados en aplicaciones comerciales, el propulsor Hall en SMART-1 podía regularse en un rango de potencia, impulso específico y empuje. [ 42 ] Tiene un rango de potencia de descarga de 0,46–1,19 kW, un impulso específico de 1100–1600 s y un empuje de 30–70 mN.   

Los primeros satélites pequeños de la constelación Starlink de SpaceX utilizaban propulsores Hall de kriptón para mantener la posición y desorbitar, [ 27 ] mientras que los satélites Starlink posteriores utilizaban propulsores Hall de argón. [ 14 ]

La estación espacial Tiangong está equipada con propulsores de efecto Hall. El módulo central Tianhe es impulsado por propulsores químicos y cuatro propulsores iónicos , [ 43 ] que se utilizan para ajustar y mantener la órbita de la estación. Los propulsores de efecto Hall se crearon teniendo en cuenta la seguridad de las misiones tripuladas, con el fin de prevenir la erosión y los daños causados ​​por las partículas iónicas aceleradas. Se creó un campo magnético y un escudo cerámico especialmente diseñado para repeler las partículas dañinas y mantener la integridad de los propulsores. Según la Academia China de Ciencias , el motor iónico utilizado en Tiangong ha funcionado continuamente durante 8240 horas sin fallas, lo que indica su idoneidad para la vida útil designada de 15 años de la estación espacial china. [ 44 ] Este es el primer propulsor Hall del mundo en una misión tripulada. [ 45 ]

El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) otorgó una licencia comercial exclusiva a Apollo Fusion, liderada por Mike Cassidy , para su tecnología de propulsor Hall miniatura con blindaje magnético (MaSMi). [ 46 ] En enero de 2021, Apollo Fusion anunció que había conseguido un contrato con York Space Systems para un pedido de su última versión, denominada "Motor de la Constelación Apolo". [ 47 ]

La misión de la NASA al asteroide Psyche utiliza propulsores Hall de gas xenón. [ 48 ] La electricidad proviene de los paneles solares de 75 metros cuadrados de la nave. [ 49 ]

Los primeros propulsores Hall de la NASA en una misión tripulada estaban planeados para ser una combinación de  propulsores Hall de 6 kW proporcionados por Busek y propulsores Hall de 12,5 kW del Sistema Avanzado de Propulsión Eléctrica (AEPS) de la NASA  fabricados por Aerojet Rocketdyne, [ 50 ] una empresa de L3Harris Technologies. Estaban destinados a servir como propulsión principal en el Elemento de Potencia y Propulsión (PPE) de Maxar para la cancelada Lunar Gateway bajo el programa Artemis de la NASA . [ 51 ] Se suponía que el alto impulso específico de los propulsores Hall permitiría una elevación de órbita eficiente y el mantenimiento de la estación para la órbita de halo casi rectilínea polar de la Lunar Gateway .

En desarrollo

El propulsor de efecto Hall de mayor potencia en desarrollo ( a fecha de 2021)) es el propulsor de canal anidado X3 de 100 kW de la Universidad de Michigan . El propulsor tiene aproximadamente 80 cm de diámetro y pesa 230 kg, y ha demostrado un empuje de 5,4 N. [ 52 ]   

Otros propulsores de alta potencia incluyen el Sistema Avanzado de Propulsión Eléctrica  (AEPS) de 40 kW de la NASA , diseñado para impulsar misiones científicas a gran escala y el transporte de carga en el espacio profundo. [ 53 ]

Referencias

  1. ↑ Hofer, Richard R. (junio de 2004). Desarrollo y caracterización de propulsores de efecto Hall de xenón de alta eficiencia y alto impulso específico. Servidor de informes técnicos de la NASA (Informe). hdl : 2060/20040084644 . NASA/CR – 2004-21309.
  2. ↑ "Prototipo de propulsor iónico bate récords en pruebas y podría enviar humanos a Marte" . space.com . 13 de octubre de 2017. Archivado del original el 20 de marzo de 2018. Consultado el 27 de abril de 2018 .
  3. ↑ Hall, Scott J.; Jorns, Benjamin A.; Cusson, Sarah E.; Gallimore, Alec D.; Kamhawi, Hani; Peterson, Peter Y.; Haag, Thomas W.; Mackey, Jonathan A.; Baird, Matthew J.; Gilland, James H. (20 de julio de 2021). "Rendimiento y caracterización a alta velocidad de un propulsor Hall anidado de 100 kW". Journal of Propulsion and Power . 38 (1): 40– 50. doi : 10.2514/1.B38080 .
  4. 1 2 Choueiri, Edgar Y. (2009). "Un nuevo amanecer para los cohetes eléctricos". Scientific American . 300 (2): 58– 65. Bibcode : 2009SciAm.300b..58C . doi : 10.1038/scientificamerican0209-58 . PMID 19186707 . 
  5. ↑ Janes, G.; Dotson, J.; Wilson, T. (1962). Transferencia de momento a través de campos magnéticos . Actas del tercer simposio sobre conceptos avanzados de propulsión. Vol. 2. Cincinnati, Ohio. págs. 153–175 .  
  6. ↑ Meyerand, RG (1962). Transferencia de momento a través de campos eléctricos . Actas del Tercer Simposio sobre Conceptos Avanzados de Propulsión. Vol. 1. Cincinnati, Ohio. págs. 177–190 .  
  7. ↑ Seikel, GR (1962). Generación de empuje: propulsores electromagnéticos . Actas de la Conferencia NASA-Universidad sobre Ciencia y Tecnología de la Exploración Espacial. Vol. 2. Chicago, Illinois. págs. 171–176 .  
  8. ↑ "Propulsores de pasillo" . 14 de enero de 2004. Archivado del original el 28 de febrero de 2004.
  9. ↑ Morozov, AI (marzo de 2003). "El desarrollo conceptual de propulsores de plasma estacionarios". Plasma Physics Reports . 29 (3). Nauka/Interperiodica: 235– 250. Bibcode : 2003PlPhR..29..235M . doi : 10.1134/1.1561119 . S2CID 122072987 . 
  10. 1 2 "Motores de propulsión eléctrica nativos en la actualidad" (en ruso). Novosti Kosmonavtiki. 1999. Archivado del original el 6 de junio de 2011.
  11. ↑ "El laboratorio AFIT SPASS logra el 'brillo azul (AF)'"Instituto Tecnológico de la Fuerza Aérea. 13 de noviembre de 2007. Archivado del original el 22 de febrero de 2014.
  12. ↑ "Un año de primicias para la propulsión eléctrica" . Aerospace America . 1 de diciembre de 2023. Archivado del original el 11 de noviembre de 2024. Consultado el 11 de noviembre de 2024 .
  13. ↑ «El propulsor Hall XR-5 modificado de Aerojet Rocketdyne demuestra un funcionamiento exitoso en órbita» (Comunicado de prensa). Aerojet Rocketdyne. 1 de julio de 2015. Archivado del original el 9 de julio de 2015. Consultado el 11 de octubre de 2016 .
  14. 1 2 3 Foust, Jeff (28 de febrero de 2023). "SpaceX lanza los primeros satélites Starlink mejorados" . SpaceNews . Recuperado el 5 de diciembre de 2023 .
  15. ↑ Lewis, Briley (17 de octubre de 2023). "La nave espacial Psyche de la NASA dejará una inusual estela azul a través del sistema solar" . Popular Science . Archivado del original el 17 de octubre de 2023. Consultado el 17 de octubre de 2023 .
  16. ↑ "ISRO probará la propulsión eléctrica en satélites" . The New Indian Express . 30 de noviembre de 2015. Archivado del original el 18 de noviembre de 2023. Consultado el 17 de febrero de 2024 .
  17. ↑ Gautam, Kushagr (28 de mayo de 2021). "La startup de tecnología espacial Bellatrix Aerospace prueba el primer propulsor de efecto Hall de fabricación privada de la India" . Archivado del original el 18 de noviembre de 2023. Recuperado el 18 de noviembre de 2023 .
  18. ↑ «La empresa emergente espacial Bellatrix probará la propulsión eléctrica para satélites a bordo del PSLV» . The Economic Times . 21 de abril de 2023. ISSN 0013-0389 . Archivado del original el 24 de enero de 2025. Consultado el 17 de octubre de 2024 . 
  19. ↑ "Propulsores de plasma estacionarios de efecto Hall" . Propulsión eléctrica para vehículos interorbitales . Archivado del original el 17 de julio de 2013. Consultado el 16 de junio de 2014 .Archivado el 10 de octubre de 2007 en la Wayback Machine.
  20. ↑ Goebel, Dan M.; Katz, Ira (2008). Fundamentos de la propulsión eléctrica: propulsores iónicos y de efecto Hall (PDF) . Serie de ciencia y tecnología espacial del JPL. Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-42927-3.
  21. ↑ Brown, Daniel L.; Larson, C. William; Beal, Brian E.; Gallimore, Alec D. (2009). "Metodología y perspectiva histórica de un análisis de eficiencia de propulsores Hall" . Journal of Propulsion and Power . 25 (6): 1163– 1177. doi : 10.2514/1.38092 . hdl : 2027.42/77214 .
  22. ↑ "La ONU descarta cualquier plan para usar mercurio como propulsor de cohetes" . spectrum.ieee.org . Consultado el 26 de junio de 2026 .
  23. ↑ Kerslake, William R.; Ignaczak, Louis R. (mayo de 1993). "Desarrollo e historial de vuelo de la nave espacial SERT II" . Journal of Spacecraft and Rockets . 30 (3): 258– 290. doi : 10.2514/3.25512 . ISSN 0022-4650 . 
  24. 1 2 "Propulsor de efecto Hall de kriptón para la propulsión de naves espaciales" . ScienceDaily . Archivado del original el 28 de abril de 2021. Recuperado el 28 de abril de 2021 .
  25. ↑ "Proyecto Hall Thruster" . w3.pppl.gov . Consultado el 28 de abril de 2021 .
  26. 1 2 "Los elementos de la tabla periódica ordenados por energía de ionización" . www.lenntech.com . Archivado del original el 12 de noviembre de 2020. Consultado el 28 de abril de 2021 .
  27. 1 2 "Kit de prensa de Starlink" (PDF) . SpaceX . 15 de mayo de 2019. Archivado del original (PDF) el 15 de mayo de 2019. Recuperado el 12 de noviembre de 2019 .
  28. ↑ Shuen-Chen Hwang; Lein, Robert D.; Morgan, Daniel A. (2005). «Gases nobles». Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology . Wiley. pp. 343–383 . doi : 10.1002/0471238961.0701190508230114.a01 . ISBN  978-0-471-23896-6.
  29. ↑ "Elementos químicos por precio de mercado" . Archivado del original el 24 de octubre de 2023. Consultado el 17 de septiembre de 2023 .Se utiliza la columna "Precio de referencia", ya que los valores de costo por unidad de peso son inconsistentes. La tabla proporciona fechas que parecen corresponder a la obtención de cotizaciones, pero solo incluye enlaces a sitios web genéricos de proveedores.
  30. ↑ Raitses, Y.; Fisch, NJ "Investigaciones paramétricas de un propulsor Hall no convencional" (PDF) . Physics of Plasmas, 8, 2579 (2001). Archivado (PDF) del original el 27 de mayo de 2010.
  31. ↑ Smirnov, A.; Raitses, Y.; Fisch, NJ «Estudios experimentales y teóricos de propulsores Hall cilíndricos» (PDF) . Physics of Plasmas 14, 057106 (2007). Archivado (PDF) del original el 27 de mayo de 2010.
  32. ↑ Polzin, KA; Raitses, Y.; Gayoso, JC; Fisch, NJ (25 de julio de 2010). Comparaciones en el rendimiento de propulsores cilíndricos de efecto Hall de electroimán y de imán permanente . 46.ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE. Servidor de Informes Técnicos de la NASA . hdl : 2060/20100035731 .
  33. ↑ Polzin, KA; Raitses, Y.; Merino, E.; Fisch, NJ (8 de diciembre de 2008). Resultados preliminares de las mediciones de rendimiento de un propulsor cilíndrico de efecto Hall con campo magnético generado por imanes permanentes . Tercera reunión del Subcomité de Propulsión de Naves Espaciales (SPS)/Comité Interinstitucional de Propulsión de JANNAF. Servidor de Informes Técnicos de la NASA . hdl : 2060/20090014067 .
  34. ↑ Goebel, Dan M.; Jorns, Benjamin; Hofer, Richard R.; Mikellides, Ioannis G.; Katz, Ira (2014). "Interacciones de la pieza polar con el plasma en un propulsor Hall blindado magnéticamente". 50.ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE . doi : 10.2514/6.2014-3899 . ISBN 978-1-62410-303-2.
  35. ↑ Karadag, Burak; Cho, Shinatora; Oshio, Yuya; Hamada, Yushi; Funaki, Ikkoh; Komurasaki, Kimiya (2016). "Investigación preliminar de un propulsor de plasma de descarga externa". 52.ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA/SAE/ASEE . doi : 10.2514/6.2016-4951 . ISBN 978-1-62410-406-0.
  36. ↑ "Investigación numérica del diseño de un propulsor Hall de descarga externa que utiliza un campo magnético de lente de plasma" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 14 de agosto de 2017.
  37. ↑ "Diagnóstico de la pluma de plasma del propulsor de plasma de descarga externa de bajo voltaje y cátodos huecos mediante sondas electrostáticas y analizador de potencial retardador" . Archivado del original el 29 de agosto de 2017.
  38. ↑ Turner, Martin JL (2008). Propulsión de cohetes y naves espaciales: principios, práctica y nuevos desarrollos . Springer Science & Business Media . pág. 197. ISBN  978-3-540-69203-4Consultado el 28 de octubre de 2015 .
  39. ↑ Meyer, Mike; et al. (abril de 2012). "Hoja de ruta de los sistemas de propulsión espacial" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. 
  40. ↑ "Lanzada con éxito el satélite de la Oficina Nacional de Reconocimiento" (PDF) . Laboratorio de Investigación Naval (Comunicado de prensa). 3 de octubre de 1998. Archivado (PDF) del original el 13 de noviembre de 2011.
  41. ↑ Cornu, Nicolas; Marchandise, Frédéric; Darnon, Franck; Estublier, Denis (2007). Demostración de calificación del PPS1350: 10500 horas en tierra y 5000 horas en vuelo . 43.ª Conferencia y Exposición Conjunta de Propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE. Cincinnati, Ohio. doi : 10.2514/6.2007-5197 .
  42. ↑ "El motor iónico lleva a SMART-1 a la Luna: Subsistema de propulsión eléctrica" . ESA . 31 de agosto de 2006. Archivado del original el 29 de enero de 2011. Consultado el 25 de julio de 2011 .
  43. ↑ Jones, Andrew (28 de abril de 2021). "Tras tres décadas de desarrollo, la estación espacial china se lanza esta semana" . IEEE . Archivado del original el 25 de diciembre de 2024. Consultado el 31 de julio de 2024 .
  44. ↑ Chen, Stephen (2 de junio de 2021). "Cómo la estación espacial de China podría ayudar a impulsar a los astronautas a Marte" . Archivado del original el 22 de junio de 2021. Recuperado el 22 de junio de 2021 .
  45. ↑张 (Zhang), 保淑 (Baoshu) (21 de junio de 2021). "配置4台霍尔电推进发动机 "天宫"掀起太空动力变革" .中国新闻网(en chino). Archivado desde el original el 6 de julio de 2021 . Consultado el 18 de julio de 2021 .
  46. ↑ Foust, Jeff (7 de mayo de 2019). "Apollo Fusion obtiene tecnología de propulsores Hall del JPL" . Spacenews.com . Consultado el 27 de enero de 2021 .
  47. ↑ Foust, Jeff (27 de enero de 2021). "Apollo Fusion gana un pedido de propulsión eléctrica de York Space Systems" . spacenews.com . Consultado el 27 de enero de 2021 .
  48. ↑ "Propulsor de la Sala de Psique" . Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA . Archivado del original el 8 de marzo de 2022. Consultado el 8 de marzo de 2022 .
  49. ↑ "De cerca con un panel solar en Psyche" . Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA . Consultado el 8 de marzo de 2022 .
  50. ↑ "La NASA y Aerojet Rocketdyne ponen a prueba el sistema de propulsores Gateway" . NASA Glenn. 12 de julio de 2023. Archivado del original el 6 de julio de 2025. Consultado el 17 de julio de 2025 .
  51. ↑ Sands, Kelly (30 de marzo de 2021). "¡Estamos entusiasmados! El sistema de propulsión de Gateway supera la primera prueba" . NASA . Archivado del original el 25 de abril de 2021. Recuperado el 27 de abril de 2021 .
  52. ↑ "X3 – Propulsor Hall de canal anidado" . Laboratorio de Plasmadinámica y Propulsión Eléctrica, Universidad de Michigan. Archivado del original el 29 de abril de 2021. Consultado el 27 de abril de 2021 .
  53. ↑ 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. «Descripción general del desarrollo y la aplicación en misiones del Sistema Avanzado de Propulsión Eléctrica (AEPS)». Archivado el 2 de agosto de 2020 en Wayback Machine (PDF). NASA; NASA/TM–2018-219761. 35.ª Conferencia Internacional de Propulsión Eléctrica. Atlanta, Georgia, del 8 al 12 de octubre de 2017. Consultado el 27 de julio de 2018.

Lecturas adicionales

  • Edgar, Y. (2009). Un nuevo amanecer para los cohetes eléctricos. Archivado el 18 de octubre de 2016 en Wayback Machine.
  • "Cómo el efecto Hall sigue reverberando" . IEEE Spectrum . 28 de enero de 2022.
  • SITAEL SpA (Italia) Archivado el 21 de enero de 2021 en Wayback Machine —Página que presenta productos y hojas de datos de propulsores de efecto Hall
  • Subsistemas de propulsión eléctrica. Archivado el 7 de enero de 2014 en Wayback Machine (PDF).
  • Propulsores de plasma estacionarios (PDF)
  • Página de la ESA sobre propulsores de efecto Hall
  • Fusión del Apolo