NASA-ontwikkelde elektrische stooters stellen commerciële satellieten in staat om baan te handhaven en missieleven te verlengen

Van dieperuimtemissies naar commerciële satellieten

NASA's Dawn ruimtevaartuig gebruikte een hoge-efficiënte ionenstooter om Ceres en Vesta in de asteroïdengordel te bezoeken. Deze elektrische voortstuwing wordt nu geproduceerd voor kleine satellieten door Orbion Space Technology.

Net als boodschappen, hebben satellieten een houdbaarheidstermijn. In lage aardbaan worden satellieten blootgesteld aan een minuscule hoeveelheid atmosferische wrijving die, over tijd, ervoor zorgt dat ze vertragen en hun baan vervalt. Stooters worden gebruikt om banen te boosten zodat satellieten in de ruimte kunnen blijven. Maar wanneer ze brandstof op hebben, telt de wrijving op, en de satelliet zal uiteindelijk de atmosfeer weer betreden.

Terwijl noodzakelijk om deze satellieten jarenlang in de lucht te houden, gebruiken de meeste van deze stooters chemische propellanten, die zwaar zijn en veel opslagruimte vereisen. Maar een bedrijf uit de Upper Peninsula van Michigan zoekt dit probleem op te lossen met hulp van een technologie die NASA heeft verfijnd.

Orbion Space Technology en Aurora stooters

Orbion Space Technology van Houghton, MI, werd in 2016 opgericht door Brad King en Jason Sommerville, die allebei eerdere ervaring hadden met projecten bij of gefinancierd door NASA. De twee zagen een markt voor manieren om satellieten of langer in de baan te laten duren of meer payload dan brandstof te dragen. Het aanpakken van deze uitdaging vereiste een stooter die niet veel brandstof nodig heeft.

Hall-effect stooters, een type ionenstooter technologie, gebruiken elektriciteit in plaats van chemische reacties om ruimtevaartuigen voort te stuwen. Hall-effect stooters gebruiken de lading van een elektrisch veld om een gasvormige propellant, meestal een edelgas zoals xenon, te versnellen. NASA heeft ionenstooters gebruikt voor een handvol interplanetaire missies, zoals het Dawn ruimtevaartuig dat Ceres bezocht en de Double Asteroid Redirection Test (DART) missie om een asteroïde te impacteren.

Samenwerking met NASA Glenn Research Center

Orbion's oprichters zagen de technologie groeien van een experimenteel concept tot regelmatig gebruikt op missies rond het zonnestelsel, maar voor het bedrijf om deze stooters haalbaar te maken voor satellietoperators, moesten ze zich richten op de experts. NASA's Glenn Research Center in Cleveland heeft een diepgaande rol gehad bij het ontwikkelen van ionenstooters voor de wetenschappelijke missies van de agentie, het ontwerpen en evalueren van de stooters voor de Dawn en DART missies, alsook werken aan het verbeteren van de technologie in het algemeen.

Orbion ging een Data Usage Agreement aan met Glenn om gedetailleerde informatie te ontvangen van de ontwikkeling van deze motoren, alsook een non-exclusieve evaluatielicentie. Een van de redenen dat Orbion naar NASA keek was de vooruitgang van de agentie in materialenonderzoek voor ionenstooters alsook de kathodeverhitter die Glenn ontwikkelde, die elektrische efficiëntie en operationele levensduur verbetert.

"We begonnen met het bespreken van verhitters, maar er zijn andere discussies geweest die naar meer aspecten keken die ze kunnen benutten," aldus Timothy Verhey, Aerospace Scientist in de Electric Propulsion Systems Branch bij Glenn. "Op vele manieren worden we bewaarders van kennis voor veel bedrijven."

Resultaat: Aurora stooters commercieel beschikbaar

Het eindresultaat is dat Orbion's stooters, gemerkte onder de naam Aurora, net zo capabel zijn als degenen die NASA bouwt voor dieperuimtemissies, met zeer hoge delta-v en specifieke impuls, metingen van hoeveel moeite het kost om snelheid te veranderen, alsook stootefficiëntie. Orbion's product is ook hoogst configureerbaar, wat zorgt dat het aangepast kan worden aan wat een satelliet nodig heeft om in de baan te blijven.

Orbion heeft verschillende Aurora stooters verkocht, zowel aan de overheid als private sector bedrijven. Recent ging het bedrijf een contract aan met een grote commerciële satellietoperator om ionenstooters te leveren voor zijn nieuwe constellatie van aardwaarnemende ruimtevaartuigen. Makela zei dat zonder de rijke NASA-ervaring die zowel binnen als buiten het bedrijf benut is, Orbion niet in staat zou zijn geweest om waar het vandaag is te komen.

"Het is geweldig om op voornaam-basis met deze subject matter experts te zijn," aldus Makela. "We zijn echt in staat geweest op de schouders van reuzen te staan."