Gennem sit “Moon to Mars” -program planlægger NASA at sende de første besætningsmissioner til Mars i slutningen af det næste årti. For at opfylde denne dristige vision undersøger agenturet avancerede teknologier gennem adskillige programmer. Dette inkluderer avancerede fremdrivningsteknologier, der vil reducere transittider til Mars og derved begrænse astronauteksponering for mikrogravitet og kosmisk stråling. Andre teknologier, der overvejes, inkluderer metoder til eliminering af affald, genvinding af vand, besætningssundhed og sikkerhed og selvforsyning af ressourcer.
NASA arbejder også på at udvikle nøgleteknologier, der muliggør lave omkostningsudforskningsopgaver til Mars og i hele solsystemet. Dette inkluderer det, der anses for at være den vigtigste teknologi: Sub-kilowatt elektriske fremdrivningssystemer til lille rumfartøj-500 kg (1100 lbs) eller mindre. I et papir, der blev forelagt den 56. Lunar and Planetary Science Conference (2025 LPSC), foreslår et team af NASA -forskere et nyt initiativ: Commercial Hall -fremdrift til Mars Payload Services (Champs).
Undersøgelsen blev udført af NASA -forskere Gabriel F. Benavides, Steven R. Oleson og Alain SJ Khayat. Benavides er en elektrisk fremdriftsingeniør i rummet i NASA Glenn Research Center (GRC), mens Alain SJ Khayat er forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center. Steven R. Oleson er leder af Compact Fission Reactor Design Team på Los Alamos National Laboratory og føringen af Compass -teamet på NASA GRC. Dette samarbejds -ingeniørteam udfører integrerede køretøjssystemanalyser.
Et teknologiforskel
Som de tyder på, er deres arbejde baseret på tidligere arbejde som planetarisk videnskabsdybning af dybt rum (PSDS3) og de små, innovative missioner til planetarisk efterforskningsprogram (Simplex). Disse undersøgelser etablerede vigtigheden af elektrostatiske hall-effekt-thrustere (HET) med lav effekt, med optimeret magnetisk afskærmning. Disse fremdrivningssystemer er afhængige af solenergi (eller en anden energikilde til at ionisere et inert gasdrivmiddel (som Xenon), der kanaliseres af magnetiske felter for at generere tryk.
I henhold til Artemis -programmet vil disse systemer drive de to første elementer i Lunar Gateway – Power and Propulsion Element (PPE) og Habitation and Logistics Outpost (HALO) – til deres foreslåede bane rundt om månen. Denne mission, der i øjeblikket er planlagt til 2027, vil se begge elementer, der er lanceret af en Falcon -tung fra Jorden til en månebane. Når de er der, vil PPE- og Halo-modulerne stole på deres højeffekt sol-elektriske fremdriftssystemer (SEP) for at etablere en næsten rektilinær halo-bane (NRHO).
Desværre har dette område haft et teknologiskap, så NASA lancerede det lille rumfartøjs elektriske fremdrivningsprojekt (SSEP) i 2017. Dette program har til formål at udvikle miniaturiserede versioner af NASAs mest avancerede højeffekt sol-elektriske fremdrivningssystemer (SEP). NASAs H71M er det aktuelle eksempel på en miniaturiseret højtydende SEP. Med en forudsagt drivmiddel gennemstrømning på mere end 140 kg (310 lbs) genererer dette system nok strøm til at drive en 450 kg (990 lbs) rumfartøj.
NASA begyndte at samarbejde og licensere H71M med kommercielle partnere for at sikre systemets tilgængelighed for fremtidige små rumfartsmissioner. Dette fik Oleson og Compass -teamet til at udvikle deres Champs -koncept til potentielle missioner til Mars. Denne undersøgelse forestiller sig rumfartøjer ved hjælp af en kommerciel version af H71M-NGHT-1X-systemet udviklet af Northrop Grumman. Disse missioner ville stole på hyppigere muligheder for lanceringen af lavere omkostninger snarere end en direkte-til-mars overførsel af kredsløb.
Missionskoncept
En af de største udfordringer med at montere videnskabsmissioner med lavere omkostninger med små rumfartøjer er at identificere og holde sig til en bestemt Mars-lanceringsmulighed. Det er potentielt dyrt at starte som en primær nyttelast, mens lanceringen som en sekundær nyttelast kan forårsage komplikationer, da behovene i den primære nyttelast driver lanceringsdatoen og banen. Derudover er det ikke altid en mulighed at dreje til en alternativ lanceringsdato. Champs Architecture adresserer dette ved at vælge en sekundær nyttelastlancering med en CLPS -mission.
Disse missioner forventes regelmæssigt at levere nyttelast til månen i de kommende år. Lanceringsbanen er godt forstået, og der er sandsynligvis mange alternative lanceringsmuligheder. Missionen ville udføre instrumentkontrol ved at observere månen, mens man gennemfører en tyngdekraftshjælpsmanøvre for at få hastighed. Denne manøvre vil give missionen mulighed for midlertidigt at indsætte sig selv i en NHRO rundt om månen, indtil der opstår en gunstig Earth-Mars-justering.
Den første manøvre med lavt træk vil vare i cirka tre måneder, efterfulgt af en fire-måneders krydstogtsfase og en anden syv måneders lavtryksmanøvre. Når det når Mars, vil rumfartøjet etablere en bane 15 km (9,32 mi) over overfladen, hvor det vil have fuldstændig ækvatorial dækning hver femte sols (5.137 jorddage). I mellemtiden vil det opfylde sekundære videnskabelige mål ved at studere Deimos, den mindre af Mars ‘to måner. Efter to år vil rumfartøjet stige op til en aerosykron bane – 17 km (10,5 mi) over overfladen.
Dette vil muliggøre kontinuerlig dækning af atmosfæren over kritiske overfladefunktioner, mens man fungerer som et datarelæ til overflademissioner.
Instrumenter og mål
Champs Mission udfører flere videnskabelige undersøgelser ved hjælp af forskellige instrumenter. I henhold til deres papir vil dette omfatte en synlig/UV -billedbehandling, som Mars Color Imager (Marci), der bruges af Mars Climate Orbiter (MCO) og Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Det vil også have en termisk infrarød (TIR) radiometer, der kan sammenlignes med Mini-Mars Climate Sounder (MCS), der bruges af Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), og et næsten infrarødt (NIR) spektrometer som Argus-instrumentet, der blev brugt til at gennemføre atmosfæriske undersøgelser her på jorden.
Ved hjælp af disse instrumenter måler Champs -missionen 3D -strukturen i atmosfæren for at bestemme dens tryk, temperatur, aerosolfordeling, vanddamp og ozonindhold. Det vil også overvåge opførslen og udviklingen af Martian Støv og vandisskyer for at lære mere om planetens vejrmønstre og sæsonbestemte støvstorme. For det tredje vil det måle plasmabetingelserne og magnetfeltstrukturen omkring Mars, og hvordan det interagerer med ekstrem ultraviolet (EUV) stråling fra solen.
Disse undersøgelser vil give forskere mulighed for at undersøge centrale videnskabsspørgsmål om det martiske klima, herunder interaktion og transport af flygtige stoffer mellem overfladen og atmosfæren, hvordan den nedre/midterste atmosfære reagerer på solvarme regionalt og globalt og en daglig og sæsonbestemt basis, hvordan kobling forekommer mellem de forskellige niveauer i atmosfæren, og hvordan rumvejr påvirker atmosfæren.
Holdet påpeger også, at deres forslag er i overensstemmelse med initiativ 1 af NASAs Mars Exploration Program (MEP) -plan, der siger:
“Opret en regelmæssig kadence af videnskabsdrevet, lavere missionsmuligheder som et nyt element i MEP-porteføljen for at give hurtig og fleksibel reaktion på opdagelser, for at tackle bredden af fremragende Mars-spørgsmål og for at muliggøre øget deltagelse fra det forskellige Mars Science Community.”