美国宇航局开发了一种先进的推进技术，以促进未来使用小型航天器进行行星探索任务。这项技术不仅能够实现新型行星科学任务，美国宇航局的一个商业合作伙伴已经准备将其用于另一个目的——延长已在轨道上的航天器的使用寿命。

突破亚千瓦电力推进技术的太空任务概念极限

确定工业界使用这项新技术的机会不仅可以推进NASA技术商业化的目标，还可能为NASA从工业界获取这项重要技术用于未来的行星任务创造一条途径。

新技术

使用小型航天器的行星科学任务将需要执行具有挑战性的推进机动，例如实现行星逃逸速度、轨道捕获等，这需要远超过典型商业需求和当前状态的速度变化(delta-v)能力最先进的。因此，这些小型航天器任务的首要支持技术是能够执行这些高delta-v机动的电力推进系统。

推进系统必须使用低功率(亚千瓦)运行并具有高推进剂吞吐量(即，能够在其使用寿命内使用高总质量的推进剂)，以实现执行这些机动所需的脉冲。

经过多年的研发，美国宇航局格伦研究中心(GRC)的研究人员创造了一种小型航天器电力推进系统来满足这些需求——NASA-H71M亚千瓦霍尔效应推进器。此外，这种新型推进器的成功商业化将很快提供至少一个这样的解决方案，以实现需要高达8km/s的delta-v速度的下一代小型航天器科学任务。

这项技术壮举是通过过去十年中开发的许多先进高功率太阳能电力推进技术的小型化来实现的，这些技术用于人类第一个绕月空间站的动力和推进元件等应用。

这项技术对行星探索的好处

使用NASA-H71M电力推进技术的小型航天器将能够独立地从近地轨道(LEO)到月球，甚至从地球同步转移轨道(GTO)到火星。

这种能力尤其引人注目，因为LEO和GTO的商业发射机会已成为常态，而且此类任务的多余发射能力通常会以低成本出售，以部署二级航天器。执行源自这些近地轨道的任务的能力可以大大提高月球和火星科学任务的节奏并降低成本。

这种推进能力还将增加辅助航天器的射程，而辅助航天器历来仅限于与主要任务的发射轨迹一致的科学目标。这项新技术将使次要任务能够大幅偏离主要任务的轨道，这将有助于探索更广泛的科学目标。

左：格伦研究中心真空设施8推力台上的NASA-H71M霍尔效应推进器。右：乔纳森·麦基博士在关闭和抽空测试设施之前调整推力台。图片来源：美国宇航局

此外，这些辅助航天器科学任务通常只有很短的时间来在高速飞越遥远物体期间收集数据。这种更大的推进能力将允许在小行星上减速和进入轨道，以进行长期科学研究。

此外，配备如此强大推进能力的小型航天器将能够更好地管理主要任务发射轨迹的后期变化。对于机载推进能力有限的小型航天器科学任务来说，这种变化通常是最大的风险，这些任务依赖于初始发射轨迹来达到其科学目标。

商业应用

目前在近地轨道上形成的巨型小型航天器星座使低功率霍尔效应推进器成为当今太空中使用最丰富的电力推进系统。这些系统非常有效地使用推进剂，可以实现轨道插入、离轨以及多年的避免碰撞和重新定相。

然而，这些商用电力推进系统的成本意识设计不可避免地将其使用寿命限制为通常少于几千小时的运行时间，并且这些系统只能处理小型航天器初始质量的推进剂的约10%或更少。

相比之下，受益于NASA-H71M电力推进系统技术的行星科学任务可以运行15,000小时，并处理小型航天器初始质量30%以上的推进剂。

这种改变游戏规则的能力远远超出了大多数商业低地球轨道任务的需求，并且成本高昂，使得此类应用不太可能实现商业化。因此，NASA寻求并将继续寻求与开发具有异常大的推进剂吞吐量要求的创新商业小型航天器任务概念的公司的合作伙伴关系。

诺斯罗普·格鲁曼公司的全资子公司SpaceLogistics是很快将在商业小型航天器应用中使用NASA许可的电力推进技术的合作伙伴之一。任务扩展舱(MEP)卫星服务车配备了一对诺斯罗普·格鲁曼公司NGHT-1X霍尔效应推进器，其设计基于NASA-H71M。

这艘小型航天器的强大推进能力将使其能够到达地球同步地球轨道(GEO)，并安装在一颗更大的卫星上。安装后，MEP将充当“推进喷气背包”，将其主航天器的寿命延长至少六年。

诺斯罗普·格鲁曼公司目前正在GRC的11号真空设施中对NGHT-1X进行长期磨损测试(LDWT)，以展示其全生命周期运行能力。LDWT由诺斯罗普·格鲁曼公司通过可全额偿还的太空法案协议资助。第一艘MEP航天器预计将于2025年发射，将延长三颗GEO通信卫星的寿命。

与美国工业界合作寻找具有类似于未来美国宇航局行星科学任务推进要求的小型航天器应用，不仅支持美国工业界保持商业空间系统的全球领先地位，而且为美国宇航局创造新的商业机会，以获取行星任务所需的这些重要技术。

NASA继续完善H71M电力推进技术，以扩大美国工业界可用的数据和文档范围，以开发类似的先进且高性能的低功率电力推进设备。