NASAは最近、リチウムを動力源とする実験用プラズマスラスターのテストに成功し、有人火星ミッションにとって重要な一歩を踏み出した。南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所 (JPL) のエンジニアは、電磁エンジンを起動し、米国のこのタイプの推進システムでは決して達成できなかった出力レベルに到達することができました。

試験は2月24日にJPLの高出力電気推進研究専用の真空チャンバーで実施された。テスト中、プロトタイプのエンジンは、NASA の飛行宇宙船の電気スラスターよりも大きな出力で動作しました。研究者らは、この結果が開発とテストの次の段階への指針を提供すると述べている。

NASA長官のジャレッド・アイザックマン氏は、「NASA​​では、一度に多くのことを行っているが、火星を見失ったことは一度もない。今回の試験でのスラスターの成功は、アメリカの宇宙飛行士を火星に送る上で大きな進歩があったことを証明している。アメリカが120キロワットに達するこれほど高い出力レベルで電気推進システムを稼働させるのは初めてだ。われわれは次の大きな飛躍を促進するため、戦略的投資を続けていく」と語った。

このエンジンはリチウム金属蒸気を使用しており、マグネト プラズマ ダイナミクス (MPD) スラスター技術カテゴリに属します。このようなシステムは、電流と磁場を使用してプラズマを超高速で加速することによって推力を生成します。 5 回の別々の点火テスト中に、スラスターのタングステン電極が明るく白く輝き、温度は華氏 5,000 度 (摂氏 2,800 度) 以上に上昇しました。試験は JPL の電気推進研究所で実施されました。この研究所には、メガワット範囲の出力を持つ金属蒸気推進剤に依存する電気スラスターを安全に評価できる独自の施設があります。

電気推進システムの燃料効率は従来の化学ロケットよりもはるかに高く、推進剤の使用量を最大 90% 削減できます。短期間に強力な推力を提供するのではなく、穏やかだが持続的な推力を提供し、長期間にわたって宇宙船を着実に加速します。 NASAはすでに、プシュケなどのミッションで電気推進技術を使用しており、現在NASAで最も強力な電気スラスターを稼働させている。時間が経つにつれて、プシュケの推進システムは宇宙船を時速 124,000 マイルまで加速することができます。

この新しいリチウム駆動 MPD スラスターは、最終的には既存のシステムよりも大幅に大きな推力を提供できる可能性があります。科学者たちは 1960 年代から MPD 推進技術を研究してきましたが、この技術は宇宙での実用化にはまだ使用されていません。 JPLでの最近のテストでは、エンジンの出力は120キロワットに達し、これは「スピリットスター」の飛行スラスターの出力の25倍以上に相当する。

「過去数年間のこれらのスラスタの設計と製造は、この最初のテストに向けた長期的な準備でした」とJPLの上級研究員であるジェームズ・ポーク氏は述べた。 「これは私たちにとって重要な瞬間です。なぜなら、私たちはスラスターの動作能力を実証しただけでなく、目標出力レベルも達成したからです。私たちはスケールアップの課題の解決を開始するための優れたテストプラットフォームを持っていることを知っています。」

ポーク氏は、長さ 8 メートル (26 フィート) の水冷真空チャンバーの小さなのぞき窓から実験を観察しました。スラスターが作動すると、ノズルのような外側電極が激しく発光し、真っ赤なプラズマプルームを生成します。ポーク氏は何十年にもわたって電気推進技術の分野で働いており、NASA のドーン ミッションや、地球軌道を超えて電気推進技術を実証した最初の宇宙船であるディープ スペース ワンに貢献してきました。

研究者らは、最終的には各スラスターの出力を500キロワットから1メガワットまで増加させたいと考えている。最大の技術的課題の 1 つは、ハードウェアが極端な温度下での長期動作に耐えられるようにすることです。火星への有人ミッションには合計 2 ～ 4 メガワットの電力が必要になる可能性があり、これは複数の MPD スラスターが 23,000 時間以上連続的に動作する必要がある可能性があることを意味します。

科学者らは、リチウムを動力源とする MPD エンジンは強力な推力と効率的な推進剤の使用を兼ね備えているため、将来の深宇宙探査において重要な役割を果たす可能性があると考えています。原子力システムと組み合わせることで、火星への有人ミッションに必要な重いペイロードを運びながら、打ち上げ質量を減らすことができます。

MPD スラスター プロジェクトは、JPL、ニュージャージー州のプリンストン プラズマ物理研究所、およびクリーブランドの NASA グレン研究センターの協力により、過去 2 年半にわたって開発が進められてきました。資金は、将来の火星ミッションに向けたメガワット規模の原子力推進システムの開発を支援するために2020年に始まったNASAの宇宙原子力推進プログラムから得られる。この研究は、NASA の宇宙技術ミッション総局の下、アラバマ州ハンツビルにある NASA のマーシャル宇宙飛行センターによって管理されています。