MIT heeft een nieuw micro-voortstuwingsapparaat ontwikkeld dat "dual-mode" voortstuwing voor microsatellieten kan bieden. Het doel is om kleine satellieten zoals CubeSat in staat te stellen snel te manoeuvreren en lange afstanden en efficiënt te vliegen. Deze technologie integreert chemische voortstuwing en elektrische voortstuwing in hetzelfde brandstofsysteem en er wordt verwacht dat deze de missiecapaciteiten van kleine ruimtevaartuigen aanzienlijk zal vergroten.

Een technisch team van MIT heeft onlangs een hybride voortstuwingssysteem voor kleine satellieten getest, dat de hoge stuwkracht van chemische raketten combineert met het hoge rendement van elektrische stuwraketten, en dat de twee voortstuwingsmethoden dezelfde brandstof gebruiken. Onderzoekers zeiden dat dit ontwerp naar verwachting goedkope, draagbare ruimtevaartuigen mogelijk zal maken die alleen missies in een lage baan om de aarde kunnen uitvoeren om verdere verkenningsmissies in de ruimte uit te voeren en zelfs naar Mars te vliegen.

Hoewel microsatellieten lange tijd goedkoper zijn geweest om te lanceren en gemakkelijker in te zetten, zijn ze beperkt qua omvang en brandstofruimte in termen van voortstuwingssystemen. Als tegelijkertijd aan snelle baanveranderingen en fijne aanpassingen van de stand moet worden voldaan, vereisen traditionele oplossingen vaak twee onafhankelijke voortstuwingssystemen en twee soorten brandstof, wat moeilijk te realiseren is voor kleine platforms.

Volgens het artikel kunnen chemische stuwraketten in korte tijd krachtige stuwkracht produceren en zijn ze geschikt voor snelle baanveranderingen; terwijl elektrische stuwraketten, vooral EFI-stuwraketten, een kleine stuwkracht hebben maar een extreem hoog brandstofverbruik, en geschikt zijn voor langdurige, langzame acceleratie, vooral voor interstellaire of interplanetaire navigatie. De twee hebben oorspronkelijk hun eigen voordelen, maar het was moeilijk om compatibel te zijn op kleine satellieten.

De sleutel tot deze doorbraak ligt in een drijfgas genaamd ASCENT, dat eerder door de Amerikaanse luchtmacht werd ontwikkeld. Het groene drijfgas, genaamd "Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic propellant", werd oorspronkelijk ontwikkeld als een chemische voortstuwingsbrandstof ter vervanging van de zeer giftige hydrazinebrandstof, maar het onderzoeksteam ontdekte later dat het in wezen ook een ionische vloeistof is. Ionische vloeistoffen kunnen vloeibaar blijven in een vacuümomgeving, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in elektronische straalmotoren.

Het team van het MIT AeroAstro Laboratory, onder leiding van professor Paulo Lozano, bevordert het onderzoek rond deze functie en voert experimenten uit door ASCENT in een kleine tank te laden die is aangesloten op een CubeSat. De onderzoekers plaatsten de microsatelliet op een magnetisch levitatieplatform om de gewichtloze omgeving van de ruimte te simuleren, en ontstaken vervolgens op afstand de stuwraketten onder verschillende spanningen om hun werkingsprestaties te observeren.

Testresultaten tonen aan dat de ASCENT stabiel is qua voortstuwingsprestaties, met een stuwkracht-gewichtsverhouding van 40 tot 65 micronewton per watt, een specifieke impuls van 600 seconden en een algemeen rendement van ongeveer 15%. De boegschroeven kunnen ook tot 167 uur continu werken zonder meetbare prestatievermindering.

Amelia Bruno, de eerste auteur van het artikel, zei dat de stuwkrachtprestaties van ASCENT vergelijkbaar zijn met het drijfgas met elektro-injectie dat gewoonlijk door het team wordt gebruikt; nu is bevestigd dat de boegschroef compatibel is met deze brandstof, kan het ontwerp in de toekomst verder worden geoptimaliseerd. Het onderzoeksteam is van mening dat het grootste belang van deze oplossing is dat deze het voor het eerst mogelijk maakt voor kleine satellieten om echt "een brandstoftank te delen en ander voortstuwingsgedrag te ondersteunen".

Vervolgens zal MIT samenwerken met NASA om de Green Propulsion Dual Mode-missie te bevorderen. Het is een CubeSat die één chemische boegschroef en vier EFI-boegschroeven zal vervoeren, die allemaal een enkele ASCENT-tank delen, en die naar verwachting later dit jaar zal worden gelanceerd. Dit zal de eerste poging zijn om gedeelde drijfgastanks op een satelliet te gebruiken, zei Lozano.

Als de missieverificatie succesvol is, zullen de toepassingsscenario's van deze technologie zeer breed zijn, variërend van een efficiëntere inzet van satellietconstellaties, het realtime volgen van orkanen tot het uitvoeren van diepe ruimteverkenning over langere afstanden. Lozano zei ook dat CubeSats in de toekomst zelfs naar Mars of de asteroïdengordel kunnen worden gestuurd, waardoor ze eerst met lage snelheid kunnen varen met behulp van elektronische stuwraketten en vervolgens chemische stuwraketten kunnen gebruiken om snel hun positie aan te passen en de details van het doelgebied te observeren.