Cesta k Měsíci, Marsu a jednou i někam dál bude vyžadovat flotilu lodí, sond a dalších strojů různých velikostí a tvarů, mezi kterými najdeme masivní rakety s tahem tisíců tun až po malé sondy s iontovým pohonem, které by se Vám vešly do dlaně. Desítky let se inovátoři na Glennově středisku snaží vyvíjet výkonné systémy tzv. elektrického pohonu. NASA tento výraz v posledních letech používá pro iontové pohony. Výraz elektrický pohon totiž může být v souvislosti s kosmonautikou pro leckoho matoucí. Tyto systémy využívají energii ze Slunce, aby ionizovaly inertní plyny, které jsou velkou rychlostí vyvrhovány pryč, což vytváří mimořádně efektivní pohon. Vyšší efektivita využívání pohonných látek znamená, že pohon vyžaduje méně pohonného média, což snižuje náklady na start. Současně dává inženýrům možnost už při návrhu snížit celkovou hmotnost sondy, případně může hmotnost zůstat stejná – pouze se na palubu dostane více užitečné zátěže – od technologických demonstrátorů po výkonné vědecké přístroje.

Iontový pohon sondy DART.
Zdroj: https://www1.grc.nasa.gov/

První snahy agentury NASA spojené s využíváním iontového pohonu se točily kolem velkých průzkumných a vědeckých misí. Sem patří třeba sedmikilowattový pohon NEXT-C, který momentálně letí na sondě DART, nebo dokonce dvanáctikilowattový Advanced Electric Propulsion System, který bude využit na modulu PPE lunární stanice Gateway. Ovšem během posledních pěti let se na Glennově středisku dočkal významného pokroku projekt SSEP (Small Spacecraft Electric Propulsion). V jeho rámci se připravuje Hallův motor s výkonem menším než 1 kW, který by se mohl uplatnit na menších družicích a sondách. Jak agentura sama říká – pokud se využívá menší družice, která by se vešla do kufru auta namísto družice o velikosti auta, otevírá to nové možnosti k provádění ambiciozních misí v hlubokém vesmíru za zlomek ceny.

Testovací iontový pohon postavený v rámci programu SSEP.
Zdroj: https://technology.nasa.gov/

Ve spolupráci s americkými firmami byl v rámci programu SSEP vyvinut lehký pohon schopný pohánět malé sondy od Země k Měsíci, Marsu i dál. Jedná se o značný pokrok oproti většině existujících nízkoodběrových iontových pohonných systémů, které se vyrábí komerčně pro použití na nízké oběžné dráze Země. „Zmenšení velikosti a elektrické náročnosti technologií Hallova motoru při zachování jeho výjimečného pohonného výkonu byla výzva,“ vzpomíná Gabriel Benavides, vedoucí inženýr projektu SSEP z Goddardova střediska a dodává: „Je to jako kdybyste po dětském autíčku chtěli, aby přejelo z jednoho konce státu na druhý při stejných parametrech, jaké má klasické osobní auto.“

Iontový pohon může najít uplatnění nejen u velkých kosmických strojů, ale i u těch malých.
Zdroj: https://technology.nasa.gov/

Výzkumníci z Glennova střediska dokázali zminiaturizovat klíčové technologie k vytvoření nových motorů. Pohonný systém SSEP například využívá optimalizovanou topologii magnetického pole a středové katody, což se původně vyvíjelo pro středně a vysoce výkonné aplikace. Tyto technologie jsou klíčové pro dosažení požadovaného výkonu, dlouhé životnosti a efektivity využívání pohonného média, jaké požadují meziplanetární mise.

Plánovači misí nosí v hlavách různé scénáře využívání malých družic – od hejna malých komunikačních družic, které přenáší na Zemi data z lunárních roverů i od astronautů na povrchu až po meziplanetární vědecké mise k Venuši, Marsu, planetkám či dokonce vnějším oblastem naší soustavy. „Do aerodynamického krytu velké rakety na chemický pohon se vejdou desítky malých družic a sond, které se najednou dostanou do vesmíru,“ vysvětluje Benavides a dodává: „Po vypuštění se každá z nich pomocí vlastního pohonu může vydat na nejrůznější cílové lokality.“ Ačkoliv NASA vyvíjí program SSEP za účelem pohonu malých sond do hlubšího vesmíru, mohly by tyto technologie najít uplatnění i v komerčních aplikacích blíže k Zemi. Ze všech možných komerčních využití můžeme jmenovat třeba družice, které provádí servis jiných družic, ale i mise mířící na geostacionární dráhu, či až k Měsíci.

Schéma iontového pohonu – atomy plynu jsou bombardovány emitovanými elektrony. Vzniklé ionty jsou přitahovány k mřížce, za ní jsou pak neutralizovány zpět na atomy pomocí další emise elektronů.
zdroj: http://upload.wikimedia.org

V rámci výzkumné licence s Glennovým střediskem začala firma Northrop Grumman využívat poznatky NASA o materiálových specifikacích, datech ze zkoušek, ale i podrobné technické nákresy, aby mohly být vybrané technologie pokročilého iontového pohonu využity na družicích, které firma staví pro své zákazníky. „Naše partnerství s NASA je velmi úspěšné. Nejde jen o vývoj a testy těchto nových technologií iontového pohonu, ale i o hledání jejich praktických uplatnění,“ říká Mike Glogowski z Northrop Grumman Space Systems a dodává: „Tyto nové schopnosti umožní rozsáhlé komerční využití v blízkosti Země, včetně vypouštění malých družic na nízkou oběžnou dráhu i jejích následného stahování z oběžné dráhy, ale i udržování stabilní dráhy kosmických stanic, či prodlužování životnosti družic na geosynchronní dráze.“ Firma nyní testuje vlastní variantu systému SSEP. Zkoušky probíhají ve vakuových komorách Electric Power and Propulsion Laboratory na Glennově středisku a předpokládá se, že první mise vybavená touto technologií by mohla odstartovat v roce 2024.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/first_light_ep-1041.jpg
https://www1.grc.nasa.gov/…/712983main_NEXT_LDT_Thrusterhi-res_banner.jpg
https://technology.nasa.gov/…/LEW-TOPS-158/LEW-TOPS-158_Back_1425x780_300DPI.jpg
https://technology.nasa.gov/…/LEW-TOPS-162/SSEP-Suite-TOPS-Front_Graphic.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/Ion_engine.svg