NASA，新しい電気推進機が惑星探査と商業ミッションを可能にする
NASAは、小型宇宙船を使った将来の惑星探査ミッションを促進するための先進推進技術を開発した
この技術は、新しいタイプの惑星科学ミッションを可能にするだけでなく、NASAの商業パートナーの1社は、すでに軌道上にある宇宙船の寿命を延ばすという別の目的にも使用する準備を進めている。
産業界がこの新技術を使用する機会を特定することは、NASAの技術商業化という目標を前進させるだけでなく、NASAが将来の惑星ミッションで使用するために産業界からこの重要な技術を獲得する道筋を作る可能性もあるという。
新技術
小型宇宙船を使用する惑星科学ミッションでは、惑星脱出速度の達成や軌道捕捉などの困難な推進操作を実行する必要があり、通常の商業ニーズや現状をはるかに超える速度変化 (デルタ v) 能力が必要となる。
したがって、これらの小型宇宙船ミッションを実現する最も重要な技術は、これらの高デルタv操作を実行できる電気推進システムだ。推進システムは、これらの操縦を実行するために必要な推進力を可能にするために、低出力 (キロワット未満) で動作し、高い推進剤スループット (つまり、寿命にわたって大量の推進剤を使用できる能力) が必要だとしている。
NASAグレン・リサーチ・センター（GRC）の研究者たちは、長年の研究開発の末、これらのニーズに応える小型宇宙船用電気推進システム、NASA-H71Mサブキロワット・ホール効果スラスタを開発した。
さらに、この新しいスラスタの商業化が成功すれば、最大秒速8kmという驚異的なデルタ-Vを必要とする次世代の小型宇宙船科学ミッションを可能にする、少なくとも1つのソリューションがまもなく提供されることを意味する。
この技術的偉業は、人類初の月周回宇宙ステーションであるゲートウェイの電力・推進エレメントなどの用途のために、過去10年間に開発された多くの先進的な高出力太陽電気推進技術の小型化によって達成された。
左: グレン研究センター真空施設 8 のスラスト スタンドにある NASA-H71M ホール効果スラスター。右: 試験施設を閉鎖してポンプダウンする前にスラストスタンドを調整するジョナサン・マッキー博士。
惑星探査におけるこの技術の利点
NASA-H71M電気推進技術を使用した小型宇宙船は、地球低軌道（LEO）から月、あるいは静止トランスファー軌道（GTO）から火星まで単独で稼働できる。
LEOやGTOへの商業打上げの機会は日常化しており、そのようなミッションの余剰打上げ能力は、二次宇宙船を配備するために低コストで売却されることが多いため、この能力は特に注目に値するという。
このような地球近傍軌道を起点とするミッションを実施できるようになれば、月や火星の科学ミッションの定時性を大幅に高め、コストを下げることができる。
この推進能力により、これまで主ミッションの打ち上げ軌道に沿った科学目標に限られていた副衛星探査機の到達範囲も広がる。この新技術により、二次ミッションは一次ミッションの軌道から大きく外れることができるようになり、より広範囲の科学目標の探査が容易になる。
さらに、このような二次宇宙船の科学ミッションでは、通常、遠方の天体の高速フライバイ中にデータを収集できる時間は短時間しかない。このような大きな推進能力によって、長期的な科学的研究のために惑星を減速して軌道に投入することが可能だ。
さらに、このような大きな推進能力を備えた小型宇宙船は、主ミッションの打ち上げ軌道の後期変更を管理するのに適した装備となる。このような変更は、科学目標に到達するために最初の打ち上げ軌道に依存する、搭載推進能力に制限のある小型宇宙船の科学ミッションにとって、しばしば最大のリスクとなる。
商用アプリケーション
現在、地球低軌道に形成されている小型宇宙船のメガコンスタレーションにより、低出力のホール効果スラスタが、今日宇宙で使用されている最も豊富な電気推進システムだ。
これらのシステムは推進剤を非常に効率的に使用するため、軌道投入、軌道離脱、長年にわたる衝突回避と再フェーズができる。しかし、これらの商用電気推進システムはコスト重視の設計のため、必然的に寿命が数千時間以下の運用に制限され、小型宇宙船の初期質量の約10％以下の推進剤しか処理できない。
対照的に、NASA-H71M電気推進システム技術の恩恵を受ける惑星科学ミッションは、15000時間の運用が可能で、小型宇宙船の初期質量の30%以上の推進剤を処理できる。
この画期的な能力は、ほとんどの商業的なLEOミッションのニーズをはるかに超えており、そのようなアプリケーションの商業化を不可能にするコストプレミアムを伴う。
そのためNASAは、異常に大きな推進剤処理能力を必要とする革新的な商業用小型宇宙船ミッションのコンセプトを開発している企業との提携を模索し、現在も模索を続けている。
NASAがライセンス供与した電気推進技術を商業用小型宇宙船に使用する予定のパートナーの1社は、ノースロップ・グラマンの完全子会社であるスペースロジスティクス社だ。
ミッション・エクステンション・ポッド（MEP）衛星補給機には、NASA-H71Mをベースに設計されたノースロップ・グラマンのNGHT-1Xホール効果スラスタが2基搭載されている。
この小型宇宙船の大きな推進力により、地球同期軌道（GEO）に到達し、そこではるかに大きな衛星に搭載される。一旦取り付けられたMEPは、少なくとも6年間はホスト宇宙船の寿命を延ばす「推進ジェットパック」として機能する。
ノースロップ・グラマンは現在、GRCの真空施設11でNGHT-1Xの長期摩耗試験（LDWT）を実施し、その全寿命運用能力を実証している。LDWTは、全額払い戻し可能な宇宙法協定を通じてノースロップ・グラマンが資金を提供している。最初のMEP宇宙船は2025年に打ち上げられる予定であり、3基のGEO通信衛星の寿命を延ばすことになる。
将来のNASAの惑星科学ミッションと同様の推進力を必要とする小型宇宙船のアプリケーションを見つけるために米国産業界と協力することは、米国産業界が商業宇宙システムの世界的リーダーであり続けることを支援するだけでなく、惑星ミッションが必要とするこれらの重要な技術をNASAが獲得するための新たな商業的機会を創出することになる。
NASAはH71M電気推進技術の成熟を継続し、同様に先進的で高性能な低電力電気推進装置を開発する目的で、米国産業界が利用できるデータと文書の範囲を拡大するとしている。
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