El Sistema de Propulsión Eléctrica Avanzada ( AEPS ) es un sistema de propulsión eléctrica solar para naves espaciales que está siendo diseñado, desarrollado y probado por la NASA y Aerojet Rocketdyne para misiones científicas a gran escala y transporte de carga. [1] La primera aplicación del AEPS es propulsar el Elemento de Propulsión y Potencia (PPE) del Lunar Gateway , [1] que se lanzará no antes de 2027. [2] El módulo PPE está construido por Maxar Space Systems en Palo Alto, California. Dos motores AEPS idénticos consumirían 25 kW generados por el conjunto de paneles solares desplegables (ROSA), que puede producir más de 60 kW de energía. [1]
El elemento de potencia y propulsión (PPE) del Lunar Gateway tendrá una masa de 8 a 9 toneladas métricas y será capaz de generar 50 kW [3] de energía eléctrica solar para sus propulsores de efecto Hall para maniobrabilidad, que pueden ser apoyados por propulsores monopropulsantes químicos para maniobras de control de actitud de alto empuje. [4]
Se ha demostrado que la propulsión solar eléctrica es fiable y eficiente, y permite una reducción significativa de la masa de las naves espaciales. La propulsión solar eléctrica de alta potencia es una tecnología clave a la que se le ha dado prioridad debido a sus importantes beneficios para la exploración en el espacio cislunar y en las misiones tripuladas a Marte. [1]
El sistema de propulsor Hall AEPS fue desarrollado originalmente desde 2015 por el Centro de Investigación Glenn de la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro para ser utilizado en la ahora cancelada Misión de Redirección de Asteroides . El trabajo en el propulsor no se detuvo después de la cancelación de la misión en abril de 2017 porque existe una demanda de tales propulsores para una variedad de misiones de la NASA, de defensa y comerciales en el espacio profundo. [1] [5] [6] Desde mayo de 2016, [7] el trabajo adicional en AEPS se ha transferido a Aerojet Rocketdyne que actualmente está diseñando y probando el hardware del modelo de ingeniería. [1] Este es un contrato por un valor de $ 65 millones, donde Aerojet Rocketdyne desarrolló, calificó y entregará cinco subsistemas de propulsores Hall de 12,5 kW, incluidos propulsores, PPU y controladores de flujo de xenón. [8]
El AEPS se basa en el modelo de desarrollo de propulsor de 12,5 kW llamado 'Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding' (HERMeS). El motor eléctrico solar del AEPS hace uso del propulsor de efecto Hall en el que el propulsor se ioniza y acelera mediante un campo eléctrico para producir empuje . Para generar 12,5 kW en el propulsor se necesitan en realidad un total de 13,3 kW, incluida la energía necesaria para la electrónica de control. Cuatro motores AEPS idénticos (propulsor y electrónica de control) necesitarían teóricamente 4 × 13,3 kW = 53,2 kW, más que los 50 kW generados por los paneles solares del PPE. [1] Se afirma que el conjunto AEPS está pensado para utilizar solo 40 kW de los 50 kW, por lo que el empuje máximo estaría limitado a alrededor de 1,77 N.
El modelo de ingeniería está siendo sometido a varias pruebas de vibración, dinámica del propulsor y pruebas del entorno térmico en 2017. [1] Se espera que AEPS acumule alrededor de 5.000 h al final del contrato y el diseño apunta a lograr un modelo de vuelo que ofrezca una vida media de al menos 23.000 horas [1] y una vida completa de aproximadamente 50.000 horas. [6]
Los tres componentes principales del motor de propulsión AEPS son: un propulsor de efecto Hall, una unidad de procesamiento de potencia (PPU) y un controlador de flujo de xenón (XFC). Los propulsores pueden regularse en un rango de potencia de entrada de 6,67 a 40 kW con voltajes de entrada que van de 95 a 140 V. [1] La masa estimada del propulsor de xenón para el Lunar Gateway sería de 5000 kg. [1] La revisión preliminar del diseño se llevó a cabo en agosto de 2017. [10] Se concluyó que "la unidad de procesamiento de potencia demostró con éxito un funcionamiento estable del sistema de propulsión y respondió adecuadamente a todos nuestros escenarios de contingencia planificados". [11]
En julio de 2017, se probó el AEPS en el Centro de Investigación Glenn. [12] Las pruebas utilizaron una unidad de procesamiento de energía (PPU), que también podría usarse para otras tecnologías avanzadas de propulsión de naves espaciales. [12] En agosto de 2018, Aerojet Rocketdyne completó la prueba de integración de sistemas temprana en una cámara de vacío, lo que condujo a la fase de finalización y verificación del diseño. [13] [14] En noviembre de 2019, Aerojet Rocketdyne demostró el propulsor AEPS a plena potencia por primera vez. [15]
En julio de 2023, la NASA y Aerojet Rocketdyne comenzaron las pruebas de calificación del AEPS. [16]