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Articulo de referencia

Preparación para la aplicación de la tecnología solar de la NASA

Las naves Deep Space 1 y Dawn utilizaron el NSTAR, un motor de propulsión iónica electrostática alimentado por energía solar. El programa NSTAR ( NASA Solar Technology Applicati...

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Las naves Deep Space 1 y Dawn utilizaron el NSTAR, un motor de propulsión iónica electrostática alimentado por energía solar.

El programa NSTAR ( NASA Solar Technology Application Readiness ) es un tipo de propulsor iónico para naves espaciales denominado propulsor iónico electrostático . [ 1 ] [ 2 ] Se trata de un sistema de propulsión espacial de bajo empuje y alta eficiencia que funciona con energía eléctrica generada por paneles solares . Utiliza electrodos de alto voltaje (que incluyen dos rejillas finas) para acelerar iones mediante fuerzas electrostáticas .

Desarrollo y rendimiento

Diagrama de un propulsor iónico electrostático de rejilla genérico

El propósito del programa NSTAR era desarrollar un sistema de propulsión iónica alimentado con xenón para misiones al espacio profundo. [ 3 ] El propulsor iónico electrostático NSTAR fue desarrollado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA y fabricado por Hughes y Spectrum Astro, Inc. a principios de la década de 1990. El desarrollo del sistema de alimentación fue un esfuerzo de colaboración entre el JPL y Moog Inc. [ 1 ]

Los iones se aceleran a través de dos rejillas finas con una diferencia de aproximadamente 1300 V entre ellas para  una operación de 2,3 kW, [ 4 ] [ 5 ] con un empuje de 20-92 mN , un impulso específico de 19000-30500 N·s/kg (1950-3100 s) y una capacidad de impulso total de 2,65 × 10 6 Ns en DS1. [ 5 ] 

En 1996, el prototipo del motor soportó 8000 horas de funcionamiento continuo en una cámara de vacío que simula las condiciones del espacio exterior . Los resultados del prototipado se utilizaron para definir el diseño del hardware de vuelo que se construyó para la sonda Deep Space 1. Uno de los desafíos fue desarrollar una unidad de procesamiento de energía compacta y ligera [ 6 ] que convierte la energía de los paneles solares en los voltajes necesarios para el motor. [ 3 ]

Actuación

El motor alcanza un impulso específico de hasta tres mil segundos. Esto es un orden de magnitud superior a los métodos de propulsión espacial tradicionales, lo que resulta en un ahorro de masa de aproximadamente la mitad. Aunque el motor produce solo 92 milinewtons (0,331 onzas-fuerza ) de empuje a máxima potencia (2100 W en la misión DS1 ), la nave alcanzó alta velocidad porque los motores iónicos impulsan continuamente durante largos períodos de tiempo. [ 7 ] "El propulsor iónico de 30 cm opera en un rango de potencia de entrada de 0,5 kW a 2,3 kW, proporcionando un empuje de 19 mN a 92 mN. El impulso específico varía de 1900 s a 0,5 kW a 3100 s a 2,3 kW." [ 1 ]

Aplicaciones

Espacio profundo

El propulsor iónico NSTAR se utilizó por primera vez en la nave espacial Deep Space 1 (DS1), lanzada el 24 de octubre de 1998. [ 8 ] La misión Deep Space realizó un sobrevuelo del asteroide 9969 Braille y del cometa Borrelly . Deep Space 1 tenía 81 kilogramos (178 libras) de propulsor de xenón, con una capacidad de impulso total de 2,65 × 10⁶ Ns [ 5 ] y era capaz de aumentar la velocidad de DS1 en 12 700 kilómetros por hora (7900 millas por hora, 3,58 km/s) durante el transcurso de la misión. [ 3 ] Utilizaba 2,3  kW de energía eléctrica y era la propulsión principal de la sonda. [ 4 ]

Amanecer

La segunda misión interplanetaria que utilizó el motor NSTAR fue la nave espacial Dawn , lanzada en 2007 con tres unidades redundantes [ 9 ] con un diámetro de 30  cm cada una. [ 6 ] [ 10 ] Dawn es la primera misión exploratoria de la NASA en utilizar propulsión iónica para entrar y salir de más de una órbita. [ 11 ] Dawn transportó 425 kg (937 lb) de propulsor de xenón a bordo y fue capaz de realizar un cambio de velocidad de 25 700 mph (11,49 km/s) durante la misión.

Usos propuestos

A partir de 2009Los ingenieros de la NASA afirman que los motores NSTAR, en el rango de 5 kilovatios y 0,04 libras de empuje, son candidatos para propulsar naves espaciales a Europa , Plutón y otros cuerpos pequeños en el espacio profundo. [ 1 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 "NASA Solar Electric Propulsion Technology Application Readiness (NSTAR)" . Centro de Investigación Glenn de la NASA . 21 de abril de 2009. Archivado del original el 11 de enero de 2003. Recuperado el 18 de marzo de 2015 .
  2. ↑ Sovey, JS, Rawlin, VK y Patterson, MJ: "Proyectos de desarrollo de propulsión iónica en EE. UU.: desde Space Electric Rocket Test 1 hasta Deep Space 1". Journal of Propulsion and Power, vol. 17, n.º 3, mayo-junio de 2001, págs. 517-526.
  3. 1 2 3 "Motores innovadores: el programa NSTAR" . Centro de Investigación Glenn de la NASA . Archivado del original el 8 de diciembre de 2004. Consultado el 18 de marzo de 2015 .Tiene un diagrama y una foto que muestra la rejilla de salida.
  4. 1 2 "NSTAR" . Enciclopedia Astronautica . Archivado del original el 9 de febrero de 2014. Consultado el 18 de marzo de 2015 .
  5. 1 2 3 Rendimiento en vuelo del sistema de propulsión iónica NSTAR en la misión Deep Space One . Actas de la Conferencia Aeroespacial. IEEExplore. 2000. doi : 10.1109/AERO.2000.878373 .
  6. 1 2 Bond, T.; Benson, G.; Cardwell, G.; Hamley, J. (1999-04-06). Rendimiento de la unidad de procesamiento de potencia del motor iónico NSTAR: prueba en tierra y experiencia de vuelo . Conferencia de sistemas de potencia aeroespacial. SAE International . doi : 10.4271/1999-01-1384 .
  7. ↑ Rayman, MD; Chadbourne, PA; Culwell, JS; Williams, SN (1999). "Diseño de la misión para el espacio profundo 1: Una misión de validación de tecnología de bajo empuje" (PDF) . Acta Astronautica . 45 ( 4–9 ). Elsevier : 381–388 . Bibcode : 1999AcAau..45..381R . doi : 10.1016/s0094-5765(99)00157-5 . Archivado del original (PDF) el 9 de mayo de 2015.
  8. ↑ "Contribuciones a Deep Space 1" . NASA . Archivado del original el 10 de abril de 2023.
  9. ↑ Dawn - Características clave de la nave espacial . 2014.
  10. ↑ Sistema de alimentación de xenón del motor iónico NSTAR: Introducción al diseño y desarrollo del sistema. Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine . Edward D. Bushway (PDF)
  11. ^ Rayman, Marc; Fraschetti, Thomas; Raymond, Carol; Russell, Christopher (5 de abril de 2006). "Dawn: una misión en desarrollo para la exploración de los asteroides del cinturón principal Vesta y Ceres" (PDF) . Acta Astronáutica . 58 (11): 605– 616. Código bibliográfico : 2006AcAau..58..605R . doi : 10.1016/j.actaastro.2006.01.014 . Consultado el 14 de abril de 2011 .