El sistema de preparación de aplicaciones de tecnología solar ( NSTAR ) de la NASA es un tipo de propulsor iónico para naves espaciales llamado propulsor iónico electrostático . [1] [2] Es un sistema de propulsión de naves espaciales de bajo empuje y alta eficiencia que funciona con energía eléctrica generada por paneles solares . Utiliza electrodos de alto voltaje (incluidas dos rejillas finas) para acelerar los iones con fuerzas electrostáticas .
El objetivo del programa NSTAR era desarrollar un sistema de propulsión iónica alimentado con xenón para misiones en el espacio profundo. [3] El propulsor iónico electrostático NSTAR fue desarrollado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA y fabricado por Hughes y Spectrum Astro, Inc. a principios de los años 1990. El desarrollo del sistema de alimentación fue un esfuerzo colaborativo entre el JPL y Moog Inc. [ 1]
Los iones se aceleran a través de dos rejillas finas con una diferencia de aproximadamente 1300 V entre ellas para un funcionamiento de 2,3 kW, [4] [5] con un empuje de 20-92 mN , un impulso específico de 19000-30500 N·s/kg (1950-3100 s) y una capacidad de impulso total de 2,65 x10 6 Ns en DS1. [5]
En 1996, el prototipo del motor soportó 8000 horas de funcionamiento continuo en una cámara de vacío que simula las condiciones del espacio exterior . Los resultados del prototipado se utilizaron para definir el diseño del hardware de vuelo que se construyó para la sonda Deep Space 1. Uno de los desafíos fue desarrollar una unidad de procesamiento de energía compacta y liviana [6] que convierta la energía de los paneles solares en los voltajes que necesita el motor. [3]
El motor logra un impulso específico de hasta tres mil segundos. Esto es un orden de magnitud mayor que los métodos de propulsión espacial tradicionales, lo que resulta en un ahorro de masa de aproximadamente la mitad. Aunque el motor produce solo 92 milinewtons (0,331 onzas-fuerza ) de empuje a máxima potencia (2100 W en la misión DS1 ), la nave alcanzó una alta velocidad porque los motores iónicos impulsan de forma continua durante largos períodos de tiempo. [7] "El propulsor iónico de 30 cm opera en un rango de potencia de entrada de 0,5 kW a 2,3 kW, proporcionando un empuje de 19 mN a 92 mN. El impulso específico varía de 1900 s a 0,5 kW a 3100 s a 2,3 kW". [1]
El propulsor iónico NSTAR se utilizó por primera vez en la sonda espacial Deep Space 1 (DS1), lanzada el 24 de octubre de 1998. [8] La misión Deep Space llevó a cabo un sobrevuelo del asteroide 9969 Braille y del cometa Borrelly . Deep Space 1 tenía 178 libras (81 kilogramos) de propulsor de xenón, con una capacidad de impulso total de 2,65 x10 6 Ns [5] y era capaz de aumentar la velocidad de DS1 en 7900 millas por hora (12 700 kilómetros por hora, 3,58 km/s) durante el transcurso de la misión. [3] Utilizaba 2,3 kW de energía eléctrica y era la propulsión principal de la sonda. [4]
La segunda misión interplanetaria que utilizó el motor NSTAR fue la nave espacial Dawn , lanzada en 2007 con tres unidades redundantes [9] con un diámetro de 30 cm cada una. [6] [10] Dawn es la primera misión exploratoria de la NASA que utiliza propulsión iónica para entrar y salir de más de una órbita. [11] Dawn llevaba 425 kg (937 lb) de propulsor de xenón a bordo y pudo realizar un cambio de velocidad de 25.700 mph (11,49 km/s) durante la misión.
A partir de 2009, [actualizar]los ingenieros de la NASA afirman que los motores NSTAR, en el rango de 5 kilovatios y 0,04 libras de empuje, son candidatos para propulsar naves espaciales a Europa , Plutón y otros cuerpos pequeños en el espacio profundo. [1]