Propulsores Elétricos Desenvolvidos pela NASA Permitem Satélites Comerciais Manter Órbita e Estender Vida de Missão

A espaçonave Dawn da NASA usou um propulsor de íons de alta eficiência para visitar Ceres e Vesta no cinturão de asteroides. Este método elétrico de propulsão agora está sendo fabricado para pequenos satélites pela Orbion Space Technology.

Muito como mantimentos, satélites têm uma vida útil.

Em órbita baixa da Terra, satélites são submetidos a uma quantidade minúscula de arrasto atmosférico que, ao longo do tempo, faz com que desacelerem e decaiam sua órbita. Propulsores são usados para impulsionar órbitas para que os satélites possam permanecer no espaço. Mas quando ficam sem combustível, o arrasto se acumula, e o satélite eventualmente reentrará na atmosfera.

Embora necessários para garantir que estes satélites permaneçam lá por anos, a maioria destes propulsores usa propelentes químicos, que são pesados e requerem muito espaço de armazenamento. Mas uma empresa da Península Superior de Michigan busca resolver este problema com a ajuda de uma tecnologia que a NASA vem aprimorando.

Orbion Space Technology de Houghton, MI, foi fundada em 2016 por Brad King e Jason Sommerville, ambos com experiência prévia trabalhando em projetos na ou financiados pela NASA. Os dois viram um mercado para maneiras de fazer satélites durarem mais em órbita ou carregarem mais carga útil do que combustível. Encontrar este desafio requeria um propulsor que não precisa de muito combustível.

Propulsores de efeito Hall, um tipo de tecnologia de propulsor de íons, usam eletricidade em vez de reações químicas para impulsionar espaçonaves. Propulsores de efeito Hall usam a carga de um campo elétrico para acelerar um propelente gasoso, mais comumente um gás nobre como xenônio. A NASA usou propulsores de íons para algumas missões interplanetárias, como a espaçonave Dawn que visitou Ceres e a missão Double Asteroid Redirection Test (DART) para impactar um asteroide.

Os fundadores da Orbion viram a tecnologia crescer de um conceito experimental para ser regularmente usada em missões ao redor do sistema solar, mas para a empresa tornar estes propulsores viáveis para operadores de satélites, eles tiveram que recorrer aos especialistas.

O Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Cleveland teve um papel aprofundado no desenvolvimento de propulsores de íons para missões científicas da agência, projetando e avaliando os propulsores para as missões Dawn e DART, bem como trabalhando em melhorar a tecnologia em geral.

Orbion entrou em um Acordo de Uso de Dados com Glenn para receber informação detalhada do desenvolvimento destes motores, bem como uma licença de avaliação não-exclusiva. Uma das razões pelas quais a Orbion recorreu à NASA foi os avanços da agência em pesquisa de materiais para propulsores de íons bem como o aquecedor de cátodo que Glenn desenvolveu, que melhora eficiência elétrica e vida operacional.

"Começamos discutindo aquecedores, mas houve outras discussões olhando mais aspectos que eles podem utilizar", disse Timothy Verhey, Cientista Aeroespacial no Ramo de Sistemas de Propulsão Elétrica em Glenn. "De muitas formas nos tornamos guardiões do conhecimento para muitas empresas."

Ao longo do acordo, a equipe da Orbion teve muitas interações com pesquisadores em Glenn. Isso incluiu assistência técnica direta e algumas visitas de campo ao centro.

"Fomos convidados lá para vê-los construir componentes complexos e tomar notas sobre como eles estavam configurando seus sistemas", disse Jason Makela, Vice-Presidente de Engenharia na Orbion. "Também podemos pegar o telefone e ligar para alguém lá, e eles vão 'nerdar' conosco."

O resultado final é que os propulsores da Orbion, sob a marca Aurora, são tão capazes quanto os que a NASA constrói para missões de espaço profundo, com delta-v e impulso específico muito altos, medidas de quanto esforço leva para mudar velocidade, bem como eficiência de empuxo. O produto da Orbion também é altamente configurável, garantindo que pode ser adaptado ao que um satélite precisa para permanecer em órbita.

Orbion vendeu vários propulsores Aurora, tanto para o governo quanto para empresas do setor privado. Recentemente, a empresa entrou em contrato com um grande operador de satélites comercial para fornecer propulsores de íons para sua nova constelação de espaçonaves de observação da Terra. Makela disse que sem a riqueza de experiência da NASA alavancada tanto dentro quanto fora da empresa, a Orbion não teria sido capaz de chegar onde está hoje.

"É ótimo estar em base de primeiro nome com estes especialistas em matéria", disse Makela. "Realmente conseguimos nos apoiar nos ombros de gigantes aqui."