美国国家航空航天局（NASA）已经开发出一种先进的推进技术，为未来使用小型航天器执行行星探索任务提供便利。这项技术不仅将使新型行星科学任务成为可能，NASA 的一个商业伙伴已经准备将其用于另一个目的--延长已在轨道上的航天器的寿命。为工业界寻找使用这一新技术的机会，不仅推进了NASA技术商业化的目标，而且有可能为NASA从工业界获取这一重要技术用于未来的行星任务开辟一条道路。
美国航天局的新推进技术增强了小型航天器执行未来行星任务的能力，并延长了现有卫星的运行寿命。通过与商业实体合作，NASA 不仅推进了其技术商业化目标，还支持了美国航天工业的全球领导地位。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司
使用小型航天器的行星科学任务将需要执行具有挑战性的推进机动任务，例如实现行星逃逸速度、轨道捕获等，这些任务所需的速度变化（delta-v）能力远远超过典型的商业需求和当前的先进水平。因此，这些小型航天器任务的第一项使能技术是能够执行这些高 delta-v 机动任务的电力推进系统。该推进系统必须使用低功率（千瓦以下）运行，并具有高推进剂吞吐量（即在其寿命期内使用高总质量推进剂的能力），以获得执行这些机动动作所需的冲力。
经过多年的研究和开发，美国国家航空航天局格伦研究中心（GRC）的研究人员创造了一种满足这些需求的小型航天器电力推进系统--NASA-H71M 亚千瓦霍尔效应推进器。此外，这种新型推进器的成功商业化将很快提供至少一种这样的解决方案，以实现下一代小型航天器科学任务所需的高达 8 千米/秒的 delta-v。这一技术创举是通过将过去十年中开发的许多先进的大功率太阳能电力推进技术微型化而实现的，这些技术的应用领域包括人类首个环绕月球的空间站--"Gateway"的动力和推进元件。
左图：格伦研究中心真空设施 8 推力架上的 NASA-H71M 霍尔效应推进器。右图乔纳森-麦基（Jonathan Mackey）博士在关闭测试设施并抽空之前对推力架进行调试。资料来源：美国国家航空航天局
使用 NASA-H71M 电动推进技术的小型航天器将能够独立地从低地球轨道（LEO）机动到月球，甚至从地球同步转移轨道（GTO）机动到火星。这种能力尤为突出，因为向低地轨道和地球同步转移轨道的商业发射机会已成为常规，而这些飞行任务的多余发射能力往往被低价出售，用于部署二级航天器。从这些近地轨道出发执行飞行任务的能力可以大大提高月球和火星科学飞行任务的频率并降低其成本。
这种推进能力还将扩大二级航天器的覆盖范围，因为二级航天器历来仅限于与主飞行任务发射轨迹一致的科学目标。这项新技术将使次级飞行任务能够大幅偏离主飞行任务的轨道，从而有助于探索更广泛的科学目标。
此外，这些次级航天器科学飞行任务在高速飞越遥远天体时通常只有很短的时间来收集数据。更大的推进能力将允许减速并进入行星轨道进行长期科学研究。
此外，配备了这种强大推进能力的小型航天器将能更好地管理主要飞行任务发射轨迹的后期变化。对于机载推进能力有限的小型航天器科学飞行任务来说，这种变化往往是最大的风险，因为它们要依靠最初的发射轨道才能到达科学目标。
目前在低地球轨道上形成的小型航天器巨型恒星群已使低功率霍尔效应推进器成为当今太空中使用最广泛的电力推进系统。这些系统对推进剂的使用效率非常高，可用于轨道插入、离轨以及多年的避免碰撞和重新定相。然而，由于这些商业电力推进系统的设计注重成本，不可避免地限制了它们的使用寿命，通常只能运行不到几千小时，而且这些系统只能处理小型航天器初始质量的 10%或更少推进剂。
相比之下，受益于NASA-H71M电力推进系统技术的行星科学任务可以运行15000个小时，处理的推进剂占小型航天器初始质量的30%以上。这种改变游戏规则的能力远远超出了大多数商业低地轨道飞行任务的需要，其成本溢价使得此类应用的商业化不太可能。因此，美国航天局寻求并继续寻求与开发创新型商业小型航天器飞行任务概念的公司建立伙伴关系，这些概念对推进剂吞吐量的要求异常高。
诺斯罗普-格鲁曼公司的 NGHT-1X 工程模型霍尔效应推进器在格伦研究中心 8 号真空设施中运行。NGHT-1X 的设计基于 NASA-H71M 霍尔效应推进器。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司
诺斯罗普-格鲁曼公司（Northrop Grumman）的全资子公司太空物流公司（SpaceLogistics）是即将在商业小型航天器应用中使用美国国家航空航天局许可的电力推进技术的合作伙伴之一。任务扩展舱（MEP）卫星服务飞行器配备了一对诺斯罗普-格鲁曼公司的 NGHT-1X 霍尔效应推进器，其设计以 NASA-H71M 为基础。该小型航天器的推进能力将使其能够到达地球同步轨道（GEO），并安装在一颗大得多的卫星上。一旦安装完毕，MEP 将充当"推进喷气包"，将其主航天器的寿命延长至少六年。
诺斯罗普-格鲁曼公司目前正在 GRC 的 11 号真空设施中对 NGHT-1X 进行长时间磨损试验 (LDWT)，以展示其全寿命运行能力。LDWT 由诺斯罗普-格鲁曼公司通过一项可全额报销的《空间法协议》提供资金。首批 MEP 航天器预计将于 2025 年发射，它们将延长三颗地球同步轨道通信卫星的寿命。
与美国工业界合作，寻找具有与美国航天局未来行星科学任务类似的推进要求的小型航天器应用，不仅支持美国工业界保持商业航天系统的全球领先地位，而且为美国航天局创造了新的商业机会，以便在行星任务需要时获得这些重要技术。
美国航天局继续使 H71M 电力推进技术成熟化，以扩大美国工业界可利用的数据和文件的范围，从而开发类似的先进和高能力的低功率电力推进装置。
编译来源：ScitechDaily