Avaruustutkimuksen tulevaisuuden suhteen tutkitaan useita uusia tekniikoita. Näistä tärkeimpiä ovat uudet käyttövoiman muodot, jotka pystyvät tasapainottamaan polttoainetehokkuuden voiman kanssa. Sen lisäksi, että moottorit, jotka kykenevät saavuttamaan suuren määrän työntövoimaa vähemmän polttoainetta käyttäessä, ovat kustannustehokkaita, ne pystyvät myös lauttamaan astronautit määränpäähän Marsin kaltaisiin kohteisiin ja muihin maihin lyhyemmässä ajassa.
Tällöin moottorit, kuten X3 Hall -efektipotkuri, tulevat peliin. Tämä potkuri, jota NASA: n Glenn-tutkimuskeskus kehittää yhdessä Yhdysvaltain ilmavoimien ja Michiganin yliopiston kanssa, on mitoitettu malli sellaisista potkurista, joita valjeta avaruusalus. Äskettäisen testin aikana tämä potkuri puristi aikaisemman Hall-efektipotkurin ennätyksen saavuttaen suuremman tehon ja suuremman työntövoiman.
Hall-efektipotkurit ovat saaneet suosion operaation suunnittelijoille viime vuosina niiden äärimmäisen tehokkuuden vuoksi. Ne toimivat kääntämällä pienet määrät ponneainetta (yleensä inerttejä kaasuja, kuten ksenonia) varautuneeksi plasmaan, jossa on sähkökenttiä, jota sitten kiihdytetään erittäin nopeasti magneettikentän avulla. Verrattuna kemiallisiin raketteihin ne voivat saavuttaa huippunopeudet pienen osan polttoaineestaan käyttämällä.
Toistaiseksi suuri haaste on kuitenkin ollut Hall-efektipotkurin rakentaminen, joka kykenee saavuttamaan myös korkean työntövoiman. Vaikka tavanomaiset ionimoottorit ovat polttoainetaloudellisia, ne tuottavat tyypillisesti vain murto-osan rakeista, jotka tukeutuvat kiinteisiin kemiallisiin ponneaineisiin. Siksi NASA on kehittänyt laajennettua malli X3 -potkuria yhdessä kumppaneidensa kanssa.
Potkurin kehitystä ovat valvoneet ilmailu- ja avaruustekniikan professori Alec Gallimore ja Michiganin yliopiston insinööridekaani Robert J. Vlasic. Kuten hän mainitsi äskettäisessä Michigan News -lehdistötilaisuudessa:
”Mars-operaatiot ovat vain horisontissa, ja tiedämme jo, että Hall-potkurit toimivat hyvin avaruudessa. Ne voidaan optimoida joko sellaisten laitteiden kuljettamiseen, joilla on vähän energiaa ja ponneaineita vuoden kuluessa, tai nopeudelle - miehistön kuljettamiseen Marsiin paljon nopeammin. "
Viimeaikaisissa testeissä X3 hajosi Hall-potkurin asettaman edellisen työntörekisterin, saavuttaen 5,4 voimaa newtonia voimaa verrattuna vanhaan ennätykseen 3,3 newtonia. X3 myös yli kaksinkertaisti käyttövirran (250 ampeeria vs. 112 ampeeria) ja käytti hiukan suuremmalla teholla kuin edellinen ennätyksen haltija (102 kilowattia vs. 98 kilowattia). Tämä oli rohkaisevaa uutista, koska se tarkoittaa, että moottori pystyy tarjoamaan nopeamman kiihtyvyyden, mikä tarkoittaa lyhyempiä ajoaikoja.
Scott Hall ja Hani Kamhawi veivät testin NASA Glennin tutkimuskeskuksessa Clevelandissa. Kun Hall on U-M: n ilmailutekniikan jatko-opiskelija, Kamhawi on NASA Glennin tutkija, joka on osallistunut voimakkaasti X3: n kehittämiseen. Lisäksi Kamhawi toimii myös Hallin NASA-mentorina osana NASA: n avaruustekniikan tutkimusyhteisöä (NSTRF).
Tämä testi oli huipentuma yli viiden vuoden tutkimukselle, jonka tarkoituksena oli parantaa nykyisiä Hall-efektisuunnitelmia. Kokeen suorittamiseksi ryhmä luottaa NASA Glennin tyhjiökammioon, joka on tällä hetkellä Yhdysvaltojen ainoa kammio, joka pystyy käsittelemään X3-potkuria. Tämä johtuu potkurin tuottamasta suuresta pakokaasumäärästä, joka voi johtaa ionisoituneen ksenonin ajautumiseen takaisin plasmavirtaan, vääristäen siten testituloksia.
NASA Glennin kokoonpano on ainoa, jossa tyhjiöpumppu on riittävän tehokas luomaan tarvittavat olosuhteet pakokaasun pitämiseksi puhtaana. Hallin ja Kamhawin oli myös rakennettava räätälöity työntöjalusta tukemaan X3: n 227 kg: n runkoa ja kestämään sen tuottamaa voimaa, koska olemassa olevat jalustat eivät olleet tehtävän mukaisia. Varmistettuaan testiikkunan, joukkue vietti neljä viikkoa valmistamalla jalustaa, potkuria ja luomalla kaikki tarvittavat liitännät.
NASAn tutkijat, insinöörit ja teknikot olivat aina valmiina tarjoamaan tukea. 20 tunnin pumppaamisen jälkeen tilamaisen tyhjiön aikaansaamiseksi kammion sisällä Hall ja Kamhawi suorittivat testisarjan, jossa moottoria poltettiin 12 tuntia suoraan. 25 päivän aikana joukkue nosti X3: n ennätykselliselle teho-, virran- ja työntövoiman tasolleen.
Tulevaisuuteen joukkue aikoo suorittaa lisää testejä Gallimoren laboratoriossa U-M: ssä päivitetyn tyhjiökammion avulla. Nämä päivitykset on määrä suorittaa tammikuussa 2018, ja ne antavat ryhmälle mahdollisuuden suorittaa tulevia testejä talossa. Tämä päivitys tehtiin mahdolliseksi 1 miljoonan dollarin apurahan ansiosta, jonka rahoitti osittain Ilmavoimien tieteellinen tutkimustoimisto, Jet Propulsion Laboratoryn ja U-M: n myöntämällä lisätuella.
X3: n virtalähteitä kehittää myös Aerojet Rocketdyne, Sacramentossa toimiva rakettien ja ohjusten käyttövoimavalmistaja, joka johtaa myös NASA: n työntöjärjestelmätukea. Kevääseen 2018 mennessä moottorin odotetaan integroituvan näihin voimajärjestelmiin; missä vaiheessa 100-tunnin testi, joka suoritetaan jälleen Glennin tutkimuskeskuksessa.
X3 on yksi kolmesta prototyypistä, joita NASA tutkii tulevia miehitysmatkoja varten Marsiin. Niiden kaikkien on tarkoitus vähentää matka-aikoja ja vähentää tarvittavan polttoaineen määrää. Sen lisäksi, että tehdään tällaisista operaatioista kustannustehokkaampia, lyhentyneiden kauttakulkuaikojen tarkoituksena on myös vähentää säteilyn määrää, jota astronautit altistuvat, kun ne kulkevat maan ja Marsin välillä.
Hanketta rahoitetaan NASA: n Next Space Technologies for Exploration -kumppanuuden (Next-STEP) kautta, joka tukee käyttövoimajärjestelmien lisäksi myös elinympäristöjärjestelmiä ja avaruudessa tapahtuvaa valmistusta.
