כשמדובר בעתיד של חקר החלל נחקרים מספר טכנולוגיות חדשות. בראש ובראשונה אלה צורות חדשות של הנעה שיוכלו לאזן בין יעילות הדלק לבין הכוח. לא רק שמנועים המסוגלים להשיג דחף רב באמצעות פחות דלק יהיו חסכוניים, הם יוכלו להעביר אסטרונאוטים ליעדים כמו מאדים ומחוצה לה בפחות זמן.
כאן נכנסים לפעולה מנועים כמו מותחן ה- X3 Hall-effect. מותחן זה, אשר פותח על ידי מרכז המחקר Glenn של נאס"א בשיתוף חיל האוויר האמריקני ואוניברסיטת מישיגן, הוא מודל בקנה מידה מוגדר לסוגי הדחפים המשמשים את שחר חללית. במהלך מבחן שנערך לאחרונה, התפוצץ מותחן זה את השיא הקודם למותחן של אפקט הול, והשיג עוצמה גבוהה יותר ודחף מעולה.
דחפי האולפקט זכו לטובה בקרב מתכנני המשימה בשנים האחרונות בגלל היעילות הקיצונית שלהם. הם מתפקדים על ידי הפיכת כמויות קטנות של דלק (בדרך כלל גזים אינרטים כמו קסנון) לפלזמה טעונה עם שדות חשמליים, ואז הוא מאיץ במהירות רבה באמצעות שדה מגנטי. בהשוואה לרקטות כימיות, הם יכולים להשיג מהירויות גבוהות באמצעות חלק זעיר מהדלק שלהם.
עם זאת, אתגר מרכזי עד כה היה בניית מותחן של אפקט הול שיכול להשיג גם רמות גבוהות של דחף. בעוד שמנועי יון קונבנציונליים מייצרים בדרך כלל רק חלק מהדחף המיוצר על ידי רקטות הנשענים על דחפים כימיים מוצקים. מכאן מדוע נאס"א מפתחת את מותחן המודל X3 המוגדל ביחד עם שותפיה.
על פיתוח המותחן פיקח על ידי אלק גלימור, פרופסור להנדסת אווירונאוטיקה וחלל והדיקטור להנדסה באוניברסיטת מישיגן. כפי שציין בהודעת העיתונאים של מישיגן ניוז לאחרונה:
"משימות מאדים נמצאות ממש באופק, ואנחנו כבר יודעים שדחפי הול הול עובדים היטב בחלל. הם יכולים להיות אופטימליים לנשיאת ציוד במינימום אנרגיה ודחף במהלך שנה בערך, או למהירות - לשאת את הצוות למאדים הרבה יותר מהר. "
במבחנים האחרונים, ה- X3 ניפץ את שיא הדחף הקודם שנקבע על ידי מותחן הול והשיג 5.4 ניוטון כוח לעומת השיא הישן של 3.3 ניוטון. ה- X3 גם הכפיל את זרם ההפעלה יותר (250 אמפר לעומת 112 אמפר) ורץ בהספק מעט גבוה יותר מבעבר הרשומות הקודם (102 קילוואט לעומת 98 קילוואט). אלה היו חדשות מעודדות, מכיוון שזה אומר שהמנוע יכול להציע תאוצה מהירה יותר, שמשמעותה זמני נסיעה קצרים יותר.
המבחן נערך על ידי סקוט הול וחני קמאוי במרכז המחקר גלן של נאס"א בקליבלנד. בעוד הול הוא דוקטורנט להנדסת אווירונאוטיקה וחלל באוניברסיטת U-M, קמוי הוא מדען המחקר של גלן של נאס"א, שהיה מעורב רבות בפיתוח ה- X3. בנוסף, כמוי הוא גם המנחה של נאס"א של הול, כחלק ממלגת המחקר לחקר טכנולוגיית החלל של נאס"א (NSTRF).
מבחן זה היה שיאן של יותר מחמש שנות מחקר שביקשו להשתפר בעיצובים הנוכחיים של אפקט הול. כדי לבצע את הבדיקה הסתמך הצוות על תא הוואקום של נאס"א גלן, שהוא כיום החדר היחיד בארה"ב שיכול להתמודד עם מותחן ה- X3. הסיבה לכך נובעת מכמות הפליטה העצומה שמייצר הגומחה, מה שעלול לגרום לסינון מיונן שנסחף חזרה אל פלומת הפלזמה, ובכך להסיט את תוצאות הבדיקה.
ההתקנה של נאס"א גלן היא היחידה עם משאבת ואקום חזקה מספיק כדי ליצור את התנאים הנחוצים לשמירה על ניקיון הפליטה. הול וקמהוי נאלצו גם הם לבנות עמדת דחף בהתאמה אישית שתתמוך במסגרת 227 ק"ג (500 פאונד) של ה- X3 ולעמוד בכוח שהוא מייצר, מכיוון שמעמדים קיימים לא עמדו במשימה. לאחר אבטחת חלון מבחן, העביר הצוות ארבעה שבועות בהכנת המעמד, המותחן והקמת כל החיבורים הדרושים.
כל אותו זמן עמדו חוקרי, מהנדסים וטכנאים של נאס"א על מנת לספק תמיכה. לאחר 20 שעות של שאיבה כדי להשיג ואקום דמוי חלל בתוך החדר, ערכו הול וקמהוי סדרת בדיקות בהן יופעל המנוע למשך 12 שעות רצופות. במהלך 25 הימים הצוות העלה את ה- X3 לרמות שובר העוצמה, הנוכחי והדחף שלו.
במבט קדימה, הצוות מתכנן לערוך בדיקות נוספות במעבדה של גלימור ב- U-M באמצעות תא ואקום משודרג. שדרוגים אלה יהיו לוחות זמנים שיושלמו עד ינואר 2018, ויאפשרו לצוות לבצע בדיקות עתידיות פנימיות. שדרוג זה התאפשר בזכות מענק של מיליון דולר בסך מיליון דולר, שתרם בחלקו על ידי משרד חיל האוויר למחקר מדעי, עם תמיכה נוספת שניתנה על ידי מעבדת הנעה סילונית ו- U-M.
ספקי הכוח של ה- X3 מפתחים גם על ידי Aerojet Rocketdyne, יצרנית ההנעה והטילים מבוססת סקרמנטו, שהיא גם המובילה במענק מערכת ההנעה של נאס"א. עד אביב 2018 צפוי המנוע להשתלב במערכות הכוח הללו; ובאותה נקודה, סדרת בדיקות של 100 שעות, שתתקיים שוב במרכז המחקר גלן.
ה- X3 הוא אחד משלושה אבטיפוסים ש- NASA בוחנת למשימות הצוות העתידיות למאדים, אשר כולן נועדו לצמצם את זמני הנסיעה ולהקטין את כמות הדלק הדרושה. מעבר לביצוע משימות כאלה חסכוניות יותר, זמני המעבר המופחתים נועדו גם להפחית את כמות הקרינה שאסטרונאוטים ייחשפו אליהם בזמן שהם נעות בין כדור הארץ למאדים.
הפרויקט ממומן באמצעות ה- Next Space Technologies for Partnership Exploration (Next-STEP) של נאס"א, התומך לא רק במערכות הנעה אלא גם במערכות בתי גידול וייצור בחלל.
