El primer experimento VASIMR se llevó a cabo en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en 1983. Se introdujeron mejoras importantes en la década de 1990, incluido el uso de la fuente de plasma helicon, que reemplazó a la pistola de plasma originalmente prevista y sus electrodos, lo que aumentó la durabilidad y la larga vida útil.
A partir de 2010, Ad Astra Rocket Company (AARC) fue responsable del desarrollo de VASIMR, firmando el primer Acuerdo de la Ley Espacial el 23 de junio de 2005 para privatizar la tecnología VASIMR. Franklin Chang Díaz es el presidente y CEO de Ad Astra, y la compañía tenía un centro de pruebas en Liberia, Costa Rica, en el campus de la Universidad Earth.
VX – 10 a VX-50editar
En 1998, se realizó el primer experimento de helicón plasma en el ASPL. El experimento VASIMR (VX) 10 en 1998 logró una descarga de plasma helicon RF de hasta 10 kW y VX-25 en 2002 de hasta 25 kW. En 2005, el progreso en ASPL incluyó la producción de plasma completa y eficiente y la aceleración de los iones de plasma con el empuje VX-50 de 50 kW, 0,5 newtons (0,1 lbf). Los datos publicados sobre el VX-50 de 50 kW mostraron que la eficiencia eléctrica era del 59%, basada en una eficiencia de acoplamiento del 90% y una eficiencia de aumento de velocidad iónica del 65%.
VX-100editar
El experimento VASIMR de 100 kilovatios se ejecutó con éxito en 2007 y demostró una producción de plasma eficiente con un costo de ionización inferior a 100 eV. La salida de plasma VX-100 triplicó el registro anterior del VX-50.
Se esperaba que el VX-100 tuviera una eficiencia de aumento de velocidad de iones del 80%, pero no pudo lograr esta eficiencia debido a las pérdidas de la conversión de corriente eléctrica de CC a potencia de radiofrecuencia y el equipo auxiliar para el imán superconductor. En contraste, en 2009, los diseños de motores iónicos de última generación y probados, como la Propulsión Eléctrica de Alta Potencia (HiPEP) de la NASA, funcionaron con una eficiencia energética total del 80% del propulsor/PPU.
VX-200editar
El 24 de octubre de 2008, la compañía anunció en un comunicado de prensa que el componente de generación de plasma helicon del motor VX-200 de 200 kW había alcanzado el estado operativo. La tecnología de habilitación clave, el procesamiento de potencia de CC-RF de estado sólido, alcanzó una eficiencia del 98%. La descarga helicónica utilizó 30 kW de ondas de radio para convertir el gas argón en plasma. Los 170 kW restantes de potencia se asignaron para la aceleración del plasma en la segunda parte del motor, a través de calentamiento por resonancia de ciclotrón iónico.
Basado en los datos de las pruebas del VX-100, se esperaba que, si se descubrían superconductores a temperatura ambiente, el motor VX-200 tendría una eficiencia del sistema del 60-65% y un nivel de empuje potencial de 5 N. El impulso específico óptimo parecía ser de alrededor de 5,000 s utilizando propulsor de argón de bajo costo. Una de las cuestiones que quedaban por probar era si el plasma caliente realmente se desprendía del cohete. Otro problema era la gestión del calor residual. Alrededor del 60% de la energía de entrada se convirtió en energía cinética útil. Gran parte del 40% restante son ionizaciones secundarias del plasma que cruzan las líneas del campo magnético y la divergencia del escape. Una parte significativa de ese 40% era calor residual (véase eficiencia de conversión de energía). Gestionar y rechazar ese calor residual es fundamental.
Entre abril y septiembre de 2009, se realizaron pruebas de 200 kW en el prototipo VX-200 con imanes superconductores de 2tesla que se accionan por separado y no se tienen en cuenta en ningún cálculo de «eficiencia». Durante noviembre de 2010, se realizaron pruebas de disparo a plena potencia de larga duración, que alcanzaron el estado estacionario durante 25 segundos y validaron las características básicas de diseño.
Los resultados presentados en enero de 2011 confirmaron que el punto de diseño para una eficiencia óptima en el VX-200 es una velocidad de escape de 50 km/s, o un Isp de 5000 s. El VX-200 de 200 kW había ejecutado más de 10.000 disparos de motor con propulsor de argón a plena potencia en 2013, demostrando una eficiencia del propulsor superior al 70% en relación con la entrada de potencia de RF.
VX-200sseditar
En marzo de 2015, Ad Astra anunció un premio de NASA 10 millones de la NASA para avanzar en la preparación tecnológica de la próxima versión del motor VASIMR, el VX-200SS para satisfacer las necesidades de las misiones en el espacio profundo. El SS en el nombre significa «estado estacionario», ya que el objetivo del ensayo de larga duración es demostrar el funcionamiento continuo en estado estacionario térmico.
En agosto de 2016, Ad Astra anunció la finalización de los hitos para el primer año de su contrato de 3 años con la NASA. Esto permitió los primeros disparos de plasma de alta potencia de los motores, con el objetivo declarado de alcanzar las 100 horas y 100 kW a mediados de 2018. En agosto de 2017, la compañía informó que había completado sus hitos del Año 2 para el motor de cohete de plasma eléctrico VASIMR. La NASA dio la aprobación para que Ad Astra procediera con el Año 3 después de revisar la finalización de una prueba acumulada de 10 horas del motor VX-200SS a 100 kW. Parece que el diseño previsto de 200 kW se está ejecutando a 100 kW por razones que no se mencionan en el comunicado de prensa.
En agosto de 2019, Ad Astra anunció la finalización con éxito de las pruebas de una Unidad de Procesamiento de Potencia (PPU) de radiofrecuencia (RF) de nueva generación para el motor VASIMR, construido por Aethera Technologies Ltd. de Canadá. Ad Astra declaró una potencia de 120 kW y >97% de eficiencia de potencia eléctrica a RF, y que, a 52 kg, la nueva PPU RF es aproximadamente 10 veces más ligera que las PPU de los propulsores eléctricos de la competencia (relación potencia/peso: 2,31 kW / kg)