Khi nói đến tương lai của thám hiểm không gian, một số công nghệ mới đang được nghiên cứu. Đầu tiên trong số này là các hình thức đẩy mới sẽ có thể cân bằng hiệu quả nhiên liệu với sức mạnh. Không chỉ các động cơ có khả năng đạt được lực đẩy lớn sử dụng ít nhiên liệu sẽ tiết kiệm chi phí, chúng còn có thể đưa các phi hành gia đến các điểm đến như Sao Hỏa và xa hơn trong thời gian ngắn hơn.
Đây là nơi mà các động cơ như bộ đẩy hiệu ứng X3 Hall phát huy tác dụng. Máy đẩy này, được phát triển bởi Trung tâm nghiên cứu NASA Glenn của NASA kết hợp với Không quân Hoa Kỳ và Đại học Michigan, là một mô hình mở rộng của các loại máy đẩy được sử dụng bởi Bình minh tàu vũ trụ. Trong một thử nghiệm gần đây, bộ đẩy này đã phá vỡ kỷ lục trước đó cho một bộ đẩy hiệu ứng Hall, đạt được sức mạnh cao hơn và lực đẩy vượt trội.
Các bộ đẩy hiệu ứng Hall đã giành được sự ưu ái với các nhà hoạch định sứ mệnh trong những năm gần đây vì tính hiệu quả cực cao của chúng. Chúng hoạt động bằng cách biến một lượng nhỏ chất đẩy (thường là khí trơ như xenon) thành plasma tích điện với điện trường, sau đó được gia tốc rất nhanh bằng cách sử dụng từ trường. So với tên lửa hóa học, chúng có thể đạt được tốc độ tối đa bằng cách sử dụng một phần nhỏ nhiên liệu của chúng.
Tuy nhiên, một thách thức lớn cho đến nay là chế tạo một bộ đẩy hiệu ứng Hall có khả năng đạt được lực đẩy cao. Trong khi tiết kiệm nhiên liệu, động cơ ion thông thường thường chỉ tạo ra một phần lực đẩy được tạo ra bởi các tên lửa dựa vào nhiên liệu hóa học rắn. Do đó, tại sao NASA đã phát triển máy đẩy X3 mô hình mở rộng kết hợp với các đối tác của mình.
Sự phát triển của máy đẩy đã được giám sát bởi Alec Gallolas, giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ và Trưởng khoa Kỹ thuật Robert J. Vlasic tại Đại học Michigan. Như ông đã chỉ ra trong một thông cáo báo chí gần đây của Michigan News:
Các nhiệm vụ của Mars Mars chỉ ở trên đường chân trời, và chúng ta đã biết rằng các máy đẩy Hall hoạt động tốt trong không gian. Chúng có thể được tối ưu hóa để mang các thiết bị có năng lượng và nhiên liệu tối thiểu trong vòng một năm hoặc lâu hơn, hoặc cho tốc độ, đưa phi hành đoàn lên sao Hỏa nhanh hơn nhiều.
Trong các thử nghiệm gần đây, X3 đã phá vỡ kỷ lục lực đẩy trước đó được thiết lập bởi một máy đẩy Hall, đạt được 5,4 lực mới so với kỷ lục cũ là 3,3 newton. X3 cũng tăng hơn gấp đôi dòng điện hoạt động (250 ampe so với 112 ampe) và chạy với công suất cao hơn một chút so với người giữ kỷ lục trước đó (102 kilowatt so với 98 kilowatt). Đây là tin tức đáng khích lệ, vì nó có nghĩa là động cơ có thể cung cấp khả năng tăng tốc nhanh hơn, có nghĩa là thời gian di chuyển ngắn hơn.
Cuộc thử nghiệm được Scott Hall và Hani Kamhawi thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Glenn của NASA ở Cleveland. Trong khi Hall là một sinh viên tiến sĩ về kỹ thuật hàng không vũ trụ tại U-M, Kamhawi là nhà khoa học nghiên cứu của NASA Glenn, người đã tham gia rất nhiều vào việc phát triển X3. Ngoài ra, Kamhawi còn là cố vấn của NASA Hall Hall, là một phần của Hiệp hội Nghiên cứu Công nghệ Vũ trụ của NASA (NSTRF).
Thử nghiệm này là đỉnh cao của hơn năm năm nghiên cứu nhằm cải thiện các thiết kế hiệu ứng Hall hiện tại. Để tiến hành thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã dựa vào buồng chân không của NASA Glenn, hiện là buồng duy nhất ở Mỹ có thể điều khiển máy đẩy X3. Điều này là do lượng khí thải cực lớn mà máy đẩy tạo ra, có thể dẫn đến xenon bị ion hóa trôi ngược vào chùm plasma, do đó làm sai lệch kết quả thử nghiệm.
Thiết lập Glenn leo của NASA là thiết bị duy nhất có bơm chân không đủ mạnh để tạo ra các điều kiện cần thiết để giữ cho khí thải được sạch sẽ. Hall và Kamhawi cũng phải xây dựng một giá đỡ lực đẩy tùy chỉnh để hỗ trợ khung X3 L 227 227 (500 pound) và chịu được lực mà nó tạo ra, vì các giá đỡ hiện tại không theo nhiệm vụ. Sau khi đảm bảo một cửa sổ kiểm tra, nhóm nghiên cứu đã dành bốn tuần để chuẩn bị cho giá đỡ, bộ đẩy và thiết lập tất cả các kết nối cần thiết.
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu, kỹ sư và kỹ thuật viên của NASA luôn sẵn sàng hỗ trợ. Sau 20 giờ bơm để đạt được chân không giống như không gian bên trong buồng, Hall và Kamhawi đã tiến hành một loạt các thử nghiệm trong đó động cơ sẽ được bắn trong 12 giờ liên tục. Trong suốt 25 ngày, nhóm nghiên cứu đã đưa X3 lên mức sức mạnh kỷ lục, mức hiện tại và lực đẩy.
Nhìn về phía trước, nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiến hành nhiều thử nghiệm hơn trong phòng thí nghiệm của Gallolas, tại U-M bằng cách sử dụng buồng chân không được nâng cấp. Những nâng cấp này sẽ được lên lịch hoàn thành vào tháng 1 năm 2018 và sẽ cho phép nhóm thực hiện các thử nghiệm trong tương lai. Việc nâng cấp này được thực hiện nhờ khoản tài trợ 1 triệu USD, được đóng góp một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân, với sự hỗ trợ bổ sung do Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực và U-M cung cấp.
Các bộ cung cấp năng lượng X3, cũng đang được phát triển bởi Aerojet Rocketdyne, nhà sản xuất động cơ tên lửa và tên lửa có trụ sở tại Sacramento, cũng là công ty dẫn đầu về hệ thống động cơ được cấp từ NASA. Vào mùa xuân năm 2018, động cơ dự kiến sẽ được tích hợp với các hệ thống điện này; tại thời điểm đó, một loạt các bài kiểm tra kéo dài 100 giờ một lần nữa sẽ được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Glenn.
X3 là một trong ba nguyên mẫu mà NASA đang nghiên cứu cho các nhiệm vụ phi hành đoàn trong tương lai tới Sao Hỏa, tất cả đều nhằm giảm thời gian di chuyển và giảm lượng nhiên liệu cần thiết. Ngoài việc thực hiện các nhiệm vụ như vậy hiệu quả hơn về chi phí, thời gian vận chuyển giảm cũng nhằm giảm lượng phi hành gia bức xạ sẽ được tiếp xúc khi họ di chuyển giữa Trái đất và Sao Hỏa.
Dự án được tài trợ thông qua NASA Công nghệ không gian tiếp theo của NASA cho Đối tác khám phá (BƯỚC tiếp theo), hỗ trợ không chỉ các hệ thống động lực mà còn các hệ thống môi trường sống và sản xuất trong không gian.
