Door NASA ontwikkelde elektrische stuwraketten zorgen ervoor dat commerciële satellieten hun baan kunnen behouden en de levensduur van de missie kunnen verlengen

NASA's Dawn-ruimtevaartuig gebruikte een zeer efficiënte ionenstraal om Ceres en Vesta in de asteroïdengordel te bezoeken. Deze elektrische voortstuwingsmethode wordt nu door Orbion Space Technology voor kleine satellieten vervaardigd. (Afbeelding:NASA)

Net als boodschappen hebben satellieten een houdbaarheidsdatum.

In een lage baan om de aarde worden satellieten onderworpen aan een minuscule hoeveelheid atmosferische weerstand, waardoor ze na verloop van tijd langzamer gaan draaien en hun baan in verval raken. Boegschroeven worden gebruikt om banen te vergroten, zodat de satellieten in de ruimte kunnen blijven. Maar als de brandstof opraakt, wordt de luchtweerstand groter en zal de satelliet uiteindelijk weer in de atmosfeer terechtkomen.

Hoewel ze noodzakelijk zijn om ervoor te zorgen dat deze satellieten jarenlang blijven functioneren, gebruiken de meeste van deze stuwraketten chemische drijfgassen, die zwaar zijn en veel opslagruimte vergen. Maar een bedrijf uit het Upper Peninsula van Michigan probeert dit probleem op te lossen met behulp van een technologie die NASA heeft aangescherpt.

De Aurora-stuwraketten van Orbion zijn klein en efficiënt en toch krachtig genoeg om de banen van kleine satellieten jarenlang te behouden. (Afbeelding:Orbion Space Technology Inc.)

Orbion Space Technology uit Houghton, MI, werd in 2016 opgericht door Brad King en Jason Sommerville, die beiden eerdere ervaring hadden met het werken aan projecten bij of gefinancierd door NASA. De twee zagen een markt voor manieren om satellieten langer in een baan om de aarde te laten blijven of meer lading dan brandstof te vervoeren. Om deze uitdaging aan te kunnen gaan, was een boegschroef nodig die helemaal niet veel brandstof nodig heeft.

Hall-effect-stuwraketten, een type ionen-stuwkrachttechnologie, gebruiken elektriciteit in plaats van chemische reacties om ruimtevaartuigen voort te stuwen. Hall-effect stuwraketten gebruiken de lading van een elektrisch veld om een ​​gasvormig drijfgas te versnellen, meestal een edelgas zoals xenon. NASA heeft ionenstuwraketten gebruikt voor een handvol interplanetaire missies, zoals het Dawn-ruimtevaartuig dat Ceres bezocht en de Double Asteroid Redirection Test (DART)-missie om een asteroïde in te slaan.

De oprichters van Orbion zagen de technologie uitgroeien van een experimenteel concept tot een regelmatig gebruik bij missies rond het zonnestelsel, maar om deze stuwraketten levensvatbaar te maken voor satellietoperatoren moesten ze zich tot de experts wenden.

Deze Hall-effect-boegschroef, die wordt getest in het Glenn Research Center, zet elektriciteit en inert gas om in kracht die een ruimtevaartuig zou kunnen voortstuwen. Orbion Space Technology werd opgericht om de hoge efficiëntie van deze stuwraketten naar kleine commerciële satellieten te brengen, en het bedrijf zocht de hulp van het centrum om dat te verwezenlijken. (Afbeelding:NASA)

Het Glenn Research Center van NASA in Cleveland heeft een diepgaande rol gespeeld bij het ontwikkelen van ionenstuwraketten voor de wetenschappelijke missies van het agentschap, het ontwerpen en evalueren van de stuwraketten voor de Dawn- en DART-missies, en heeft gewerkt aan het verbeteren van de technologie in het algemeen.

Orbion heeft een datagebruikovereenkomst gesloten met Glenn om gedetailleerde informatie te ontvangen over de ontwikkeling van deze motoren, evenals een niet-exclusieve evaluatielicentie. Een van de redenen waarom Orbion zich tot NASA wendde, waren de vorderingen van het bureau op het gebied van materiaalonderzoek voor ionenstuwraketten en de kathodeverwarmer die Glenn ontwikkelde, die de elektrische efficiëntie en levensduur verbetert.

“We zijn begonnen met het bespreken van verwarmingstoestellen, maar er zijn ook andere discussies geweest over meer aspecten die ze kunnen gebruiken”, zegt Timothy Verhey, ruimtevaartwetenschapper bij de Electric Propulsion Systems Branch bij Glenn. “In veel opzichten worden we voor veel bedrijven kennisbewaarders.”

In de loop van de overeenkomst had het team van Orbion veel interactie met onderzoekers van Glenn. Dit omvatte zowel directe technische assistentie als enkele excursies naar het centrum.

“We zijn daar uitgenodigd om te zien hoe ze complexe componenten bouwen en wat aantekeningen te maken over hoe ze hun systemen configureren”, zegt Jason Makela, Vice President of Engineering bij Orbion. “We kunnen ook de telefoon opnemen en daar iemand bellen, en die zal zich uitleven.”

Het eindresultaat is dat de stuwraketten van Orbion, gebrandmerkt onder de naam Aurora, net zo capabel zijn als degene die NASA bouwt voor ruimtemissies, met een zeer hoge delta-v en specifieke impulsen, metingen van hoeveel moeite het kost om de snelheid te veranderen, evenals de stuwkrachtefficiëntie. Het product van Orbion is ook zeer configureerbaar, waardoor het kan worden afgestemd op alles wat een satelliet nodig heeft om in een baan om de aarde te blijven.

Orbion heeft verschillende Aurora-stuwraketten verkocht, zowel aan de overheid als aan bedrijven uit de particuliere sector. Onlangs heeft het bedrijf een contract gesloten met een grote commerciële satellietoperator om ionenstuwraketten te leveren voor zijn nieuwe constellatie van aardobservatieruimtevaartuigen. Makela zei dat Orbion zonder de schat aan NASA-ervaring die zowel binnen als buiten het bedrijf werd benut, niet zou hebben kunnen komen waar het nu is.

“Het is geweldig om bij deze vakexperts op de voornaam te staan”, zegt Makela. “We hebben hier echt op de schouders van reuzen kunnen staan.”

Kijk hier voor meer informatie.