NASAは最近、リチウム駆動の実験的なプラズマ推進器のテストに成功し、これは人類の火星ミッションに向けた重要な一歩を示しています。南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所（JPL）のエンジニアたちは、この電磁エンジンを点火し、アメリカではこれまで実現されていない出力レベルに達しました。このテストは2月24日に、JPLの高出力電推進研究専用の真空チャンバー内で行われました。テスト中、このプロトタイプエンジンの運転出力は、NASAが現在保有するいかなる飛行宇宙機の電推進器をも超えました。
研究者たちは、これらの結果が次の開発とテストの段階に向けた指針を提供するだろうと述べています。
推進器が120キロワットの出力を達成し、火星ミッションを支援
NASAの局長ジャレッド・アイザックマンは、「NASAでは複数のプロジェクトを同時に進めていますが、火星を決して忘れたことはありません。このテストでの推進器の成功は、アメリカの宇宙飛行士を赤い惑星に送るための実質的な進展を示しています。これはアメリカが電推進システムをこれほど高い出力レベルで運転させた初めての例であり、120キロワットに達しました。私たちは次の大きな飛躍を実現するために、戦略的な投資を続けていきます。」と述べました。このエンジンはリチウム金属蒸気を使用し、磁気プラズマダイナミクス（MPD）推進器技術のカテゴリーに属します。
この種のシステムは、電流と磁場を利用して非常に高い速度でプラズマを加速し、推力を生成します。5回の独立した点火テストでは、推進器のタングステン電極が明るい白色光を放ち、温度は5000華氏度（2800摂氏度）を超えました。テストはJPLの電推進実験室で行われ、この実験室は金属蒸気推進剤に依存する、メガワット級の電推進器を安全に評価できる独自の施設を備えています。電推進システムの燃料効率は、従来の化学ロケットよりもはるかに高く、推進剤の使用量は最大で90%削減できます。
短時間で強力な推力を提供する方式とは異なり、これらは穏やかで持続的な推力を提供し、長時間にわたって宇宙機を安定的に加速します。NASAは「心理星」（Psyche）などのミッションで電推進技術を使用しており、この探査機は現在、同機関が保有する中で最も高出力の電推進器を運用しています。時間が経てば、「心理星」の推進システムは宇宙機を時速124,000マイルに加速することができます。この新型リチウム駆動MPD推進器は、最終的には既存のシステムよりもはるかに大きな推力を提供する可能性があります。科学者たちは1960年代以来MPD推進技術を研究してきましたが、この技術はこれまで宇宙で実際に応用されたことはありません。
JPLの最近のテストでは、このエンジンは120キロワットの出力を達成し、「心理星」の飛行推進器の出力の25倍以上に達しました。JPLの上級研究科学者ジェームズ・ポークは、「過去数年にわたり、これらの推進器の設計と製造を行い、この初のテストに向けて長期的な準備をしてきました。これは私たちにとって重要な瞬間であり、推進器の機能を示すだけでなく、目標出力レベルを達成しました。私たちは、スケールアップの課題に取り組むための良好なテストプラットフォームを持っていることを知っています。」と述べました。
ポークはこの26フィート（8メートル）長の水冷真空チャンバーの小さな観察窓から実験を観察しました。推進器が起動すると、そのノズル状の外部電極が強い光を放ち、鮮やかな赤色のプラズマ噴流を生成しました。ポークは電推進技術の分野で数十年の経験があり、NASAの「ドーン」ミッションや「ディープスペース1」に貢献してきました。後者は地球軌道外で電推進技術を初めて展示した宇宙機です。研究者たちは最終的に各推進器の出力を500キロワットから1メガワットの間に引き上げることを目指しています。
最大の技術的課題の一つは、ハードウェアが極端な温度で長期間動作できることを保証することです。有人火星ミッションには合計で2から4メガワットの出力が必要であり、これは複数のMPD推進器が連続して23,000時間以上稼働する必要があることを意味します。科学者たちは、リチウム駆動のMPDエンジンが将来の深宇宙探査において重要な役割を果たす可能性があると考えています。なぜなら、これらは強力な推力と効率的な推進剤使用を組み合わせているからです。核動力システムと組み合わせることで、打ち上げ質量を削減しつつ、有人火星ミッションに必要な重い貨物を搭載することができます。
このMPD推進器プロジェクトは、過去2年半にわたり開発が進められており、JPL、ニュージャージー州のプリンストンプラズマ物理学研究所、およびクリーブランドにあるNASAグレン研究センターが共同で取り組んでいます。資金はNASAの宇宙核推進プロジェクトから提供されており、このプロジェクトは2020年に始まり、将来の火星ミッションのためにメガワット級の核電推進システムを開発することを目的としています。この作業はアラバマ州ハンツビルにあるNASAマーシャル宇宙飛行センターによって管理されており、NASAの宇宙技術ミッション理事会に属しています。
