NASA testează un CubeSat cu propulsie duală revoluționară

Propulsia navelor spațiale s-a bazat în mod tradițional pe combustibili volatili și pe sisteme separate, voluminoase, pentru diferite tipuri de manevre în spațiu. NASA lucrează în prezent pentru a schimba această paradigmă tehnologică. Inginerii de la Centrul de Zbor Spațial Marshall al NASA din Huntsville, Alabama, au finalizat recent o serie riguroasă de teste de mediu și fizice pe un nou satelit de dimensiuni mici, conceput pentru a face zborul spațial mai sigur și mai eficient din punct de vedere al resurselor.

Misiunea ASCENT (Advanced Spacecraft Energetic Non-Toxic) Propulsion Dual Mode reprezintă o demonstrație de zbor a unei nave spațiale de dimensiunea unei cutii mari de pantofi, cunoscută sub numele de CubeSat. Această misiune va testa un sistem de propulsie integrat unic, care utilizează un rezervor comun de combustibil pentru a alimenta două tipuri diferite de motoare, o premieră care ar putea redefini designul viitoarelor misiuni de explorare.

Inovația sistemului de propulsie duală

În mod obișnuit, navele spațiale transportă două sisteme de propulsie separate pentru a naviga în vidul cosmic. Primul este un sistem chimic de înaltă tracțiune, utilizat pentru mișcări rapide și critice, cum ar fi intrarea pe orbită sau corecțiile majore de traiectorie. Al doilea este un sistem electric de joasă tracțiune, extrem de eficient, folosit pentru manevre lente și precise, cum ar fi menținerea unei poziții fixe sau ajustări fine ale atitudinii. Această configurație tradițională necesită rezervoare de combustibil multiple și o instalație complexă de conducte și valve, care ocupă spațiu prețios și adaugă greutate considerabilă vehiculului.

Nava spațială dezvoltată în cadrul programului ASCENT utilizează un singur propulsor non-toxic, denumit tot ASCENT. Prin alimentarea atât a unui motor cu combustie de înaltă tracțiune, cât și a propulsoarelor cu electro-pulverizare (electrospray) de joasă tracțiune dintr-un singur rezervor central, nava spațială economisește masă și volum critice. Pentru misiunile viitoare, acest lucru înseamnă mai mult loc pentru instrumente științifice și capacitatea de a lansa sateliți pe rachete mai mici și mai puțin costisitoare, democratizând accesul la spațiu.

Colaborare națională pentru tehnologie de vârf

Realizarea acestui concept și pregătirea lui pentru zbor a necesitat un efort de colaborare la nivel național în Statele Unite. În timp ce NASA Marshall gestionează misiunea, nava spațială se bazează pe componente dezvoltate de parteneri academici și industriali de elită. Propulsoarele cu electro-pulverizare au fost dezvoltate de Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), modulul de propulsie chimică a fost construit de Plasma Processes, iar magistrala (bus-ul) navei spațiale a fost integrată de Institutul de Tehnologie din Georgia (Georgia Tech).

Nehemiah Williams, managerul de proiect al demonstrației la NASA Marshall, a subliniat complexitatea proiectului, menționând că există numeroase provocări mici și mari în integrarea acestor sisteme. Asigurarea funcționalității sistemului de propulsie între toate aceste echipe diferite este elementul cheie care face misiunea de succes. Această sinergie între sectorul public și cel academic demonstrează modul în care inovația poate fi accelerată prin parteneriate strategice.

Teste riguroase în condiții extreme

Înainte ca o navă spațială să poată opera în siguranță în mediul dur al orbitei joase a Pământului, aceasta trebuie să treacă printr-o baterie de teste la sol. În ultimele luni, echipa de ingineri de la Marshall a supus hardware-ul de zbor unor teste intense în cadrul Laboratorului de Servisare și Integrare a Navelor Spațiale Mici al centrului. Pentru a verifica integritatea sistemului de propulsie unificat, echipa a efectuat teste extinse de etanșeitate.

Inginerii au realizat un test de scurgere cu heliu presurizat în interiorul unei camere de vid pentru a asigura integritatea sigiliilor navei spațiale. Testul a demonstrat cu succes că sigiliile funcționează conform specificațiilor. Deoarece sistemul împarte un singur rezervor de combustibil ASCENT pentru a alimenta două tipuri de propulsoare, asigurarea faptului că liniile de combustibil și supapele sunt perfect etanșe este vitală pentru siguranța și succesul misiunii, prevenind orice pierdere de combustibil care ar putea compromite durata de viață a satelitului.

Simularea mediului spațial și echilibrarea fizică

Echipa a supus, de asemenea, nava spațială la teste termice în vid. Spațiul este un mediu neiertător, caracterizat prin lipsa totală a aerului și fluctuații extreme de temperatură. Prin plasarea CubeSat-ului într-o cameră specializată care imită aceste condiții, inginerii s-au asigurat că electronica, propulsoarele și sistemele mecanice vor funcționa normal odată ajunse pe orbită. Aceste teste sunt esențiale pentru a preveni defecțiunile cauzate de dilatarea termică sau de supraîncălzirea componentelor în lipsa convecției aerului.

În plus, nava spațială a trecut printr-un test de rotație (spin test). La fel ca o anvelopă de mașină, o navă spațială trebuie să fie perfect echilibrată pentru a evita vibrațiile sau devierile de curs. Testul de rotație măsoară proprietățile de masă și centrul de greutate al vehiculului. Acest lucru validează capacitatea CubeSat-ului de a zbura stabil și de a menține atitudinea corectă, permițând antenelor sale să comunice eficient cu Pământul și panourilor solare să capteze cu precizie razele Soarelui pentru energie.

Calendarul lansării și obiectivele pe orbită

Odată cu finalizarea testelor de mediu și fizice, misiunea intră în etapele finale de pregătire. Echipa va finaliza verificările sistemelor, va integra panourile solare și va expedia hardware-ul către destinația de lansare. Misiunea ASCENT Propulsion Dual Mode este programată să fie lansată nu mai devreme de 1 octombrie, ca încărcătură utilă la bordul unei rachete SpaceX Falcon 9 de la Baza Forțelor Spațiale Vandenberg din California.

După ce va fi desfășurată pe o orbită la aproximativ 520 de kilometri (325 mile) deasupra Pământului, nava spațială va începe o misiune de nouă luni. După o perioadă inițială de verificare, echipa de operațiuni va executa manevre scurte, atât chimice, cât și electrice. Dacă acestea vor avea succes, satelitul va petrece câteva luni efectuând multiple manevre de ridicare și coborâre a orbitei, alternând între motoarele sale de înaltă și joasă tracțiune pentru a demonstra că acest concept de mod dual funcționează eficient în condiții reale de spațiu.