«Una verdadera historia de éxito espacial», así describió el director de experimentos William Kerslake el segundo experimento de la NASA. Prueba de cohete eléctrico espacial (SERT II), la primera operación de larga duración de propulsores de iones en el espacio. SERT II proporcionó a los investigadores datos durante años más allá de su vida útil esperada y fue un raro ejemplo de una misión completa (incluido el lanzamiento, el sistema de propulsión, la nave espacial y el centro de control) manejada por una organización: el Centro de Investigación Lewis de la NASA en Cleveland (hoy, Glenn de la NASA).
El concepto de propulsión eléctrica Los propulsores se remontan a principios del siglo XX, pero como deben funcionar en el vacío, no hubo aplicación práctica para estos sistemas hasta el programa espacial décadas después. A finales de la década de 1950, los investigadores de la NASA Lewis comenzaron a investigar tipos de propulsión eléctrica y a analizar misiones que podrían utilizar estos sistemas. Producen bajas cantidades de empuje al crear y acelerar pequeñas partículas a altas velocidades y, con el tiempo, pueden acelerar naves espaciales a velocidades muy altas. Su capacidad para operar continuamente durante años con poco propulsor los hace ideales para misiones de larga duración o para mantener satélites en órbita.
Este trabajo se amplió a principios de la década de 1960 con la creación de la División de Propulsión Electromagnética de Lewis y la construcción de grandes instalaciones de vacío, incluida la Laboratorio de Propulsión Eléctrica y Potencia (EPPL). El ingeniero Lewis Harold Kaufman El motor iónico de bombardeo electrónico, que utilizaba mercurio líquido como propulsor, era la opción más prometedora. Mientras el propulsor de Kaufman se sometía a pruebas exhaustivas en los tanques EPPL, los ingenieros de Lewis comenzaron a desarrollar una nave espacial para probar el propulsor. Durante el vuelo suborbital SERT I de 50 minutos el 20 de julio de 1964, el propulsor Kaufman se convirtió en el primer motor de iones que funcionó en el espacio.
Lewis continuó mejorando el sistema de propulsión y en agosto de 1966 recibió la aprobación para el SERT II. Los investigadores querían verificar que los propulsores pudieran funcionar durante períodos más prolongados en el espacio, determinar su efecto en otros sistemas de naves espaciales y medir la degradación de los paneles solares a lo largo del tiempo.
El centro inició el desarrollo simultáneo del sistema de propulsión iónica SERT II y de la nave espacial que lo pondría en órbita: un cohete Thorad-Agena. SERT II tenía dos propulsores de bombardeo de electrones de 15 centímetros de diámetro fijados en la parte trasera y un panel solar de 5 por 40 pies, el más grande jamás volado por la NASA en ese momento, en el otro extremo.
Después de una serie de pruebas en la EPPL, el SERT II despegó el 3 de febrero de 1970. El director del proyecto, Raymond Rulis, calificó el lanzamiento como «una de las operaciones más fluidas que he visto». SERT II fue colocado en una órbita polar circular que proporcionó a sus paneles solares la luz solar continua necesaria para alimentar sus propulsores y sistemas electrónicos.
El 14 de febrero de 1970, los ingenieros de Lewis activaron el primer propulsor, iniciando su prueba operativa de seis meses. Tres semanas después, los operadores apagaron el propulsor justo antes de que el vehículo pasara por la trayectoria de un eclipse solar. Posteriormente se reinició sin problemas y continuó funcionando cuando la nave espacial encontró el eclipse por segunda vez ese mismo día.
El propulsor funcionó con éxito durante cinco meses hasta que un cortocircuito eléctrico en la red provocó que fallara el 22 de julio de 1970. Dos días después, se activó el segundo propulsor. Funcionó sin problemas durante tres meses y medio hasta que se produjo un cortocircuito similar a mediados de octubre. Aunque los propulsores SERT II no lograron cumplir sus objetivos de seis meses, operaron durante períodos prolongados, lo que confirma los datos obtenidos en los tanques de vacío de Lewis.
La misión continuó cuando los ingenieros de Lewis reactivaron el SERT II en 1973 para demostrar el reinicio del cátodo y, al año siguiente, resolvieron un cortocircuito eléctrico en uno de los propulsores. Durante períodos de luz solar intermitente, los operadores demostraron cómo reiniciar el propulsor con menos de una hora de energía disponible. El regreso del SERT II a una órbita bajo luz solar continua en 1979 brindó a los investigadores de Lewis la oportunidad de realizar más de 500 reinicios. Operaron el propulsor durante 18.000 horas antes de que se agotara el propulsor en la primavera de 1981.
Durante once años, SERT II proporcionó datos sobre cientos de reinicios de propulsores, reinicios después de paradas de hasta 18 meses, neutralización del haz de iones de un propulsor por el otro y descubrimiento de un nuevo modo de propulsión de plasma. SERT II también verificó que el funcionamiento de los propulsores no tuviera ningún impacto perjudicial en las naves espaciales y los paneles solares.
Aún así, SERT II siguió siendo una ventaja para los investigadores de la NASA. A finales de la década de 1980, los ingenieros de Lewis se dieron cuenta de que un experimento auxiliar en SERT II que analizaba el efecto de los micrometeoroides en los espejos solares podría ser beneficioso para la investigación de sistemas dinámicos solares para alimentar estaciones espaciales. Durante seis meses bajo la luz del sol en 1990, el equipo de Lewis determinó que después de 20 años en órbita, no había degradación de las propiedades ópticas del espejo solar.
Muchos componentes tecnológicos del sistema de propulsor SERT II se incorporaron en generaciones posteriores de propulsores de iones. Cuando terminó la misión, Lewis ya estaba probando en tierra propulsores dos veces más grandes que los del SERT II. El centro ha seguido liderando los esfuerzos de propulsión eléctrica de la NASA, desarrollando una variedad de tecnologías, incluida la Propulsores NEXT-C que impulsó las naves espaciales Deep Space 1 y Dawn. En apoyo de las misiones Artemis de la agencia, la NASA Glenn probó recientemente el propulsores que impulsarán Gatewayla futura estación espacial lunar de la NASA.
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