Când ne gândim la călătoriile în spațiu, avem tendința de a imagina o rachetă masivă care izbucnește de pe Pământ, cu fluxuri uriașe de foc și fum care ies pe fund, în timp ce mașina enormă se străduiește să scape de gravitația Pământului. Dar, odată ce o navă spațială și-a rupt legătura gravitațională cu Pământul, avem alte opțiuni pentru alimentarea lor. Propulsia ionică, visată de mult în știința ficțiunii, este folosită acum pentru a trimite sonde și nave spațiale în călătorii lungi prin spațiu.
NASA a început să cerceteze propulsia ionică în anii '50. În 1998, propulsia ionică a fost folosită cu succes ca principal sistem de propulsie pe o navă spațială, alimentând Deep Space 1 (DS1) în misiunea sa către asteroizii 9969 Braille și Comet Borrelly. DS1 a fost conceput nu numai pentru a vizita un asteroid și o cometă, ci pentru a testa douăsprezece tehnologii avansate, cu risc ridicat, printre acestea fiind principalul sistem de propulsie ionică.
Sistemele de propulsie ionică generează o cantitate mică de tracțiune. Țineți nouă sferturi în mână, simțiți cum gravitația Pământului trage asupra lor și aveți o idee cât de puțină generație generează. Nu pot fi utilizate pentru lansarea navelor spațiale de la corpuri cu o gravitate puternică. Forța lor constă în continuarea generării de forță în timp. Aceasta înseamnă că pot atinge viteze de vârf foarte mari. Propulsorii ionici pot propulsa navele spațiale la viteze de peste 320.000 kp / h (200.000 mph), dar trebuie să funcționeze mult timp pentru a atinge această viteză.
Un ion este un atom sau o moleculă care a pierdut sau a câștigat un electron și, prin urmare, are o sarcină electrică. Deci ionizarea este procesul de a da o încărcătură unui atom sau unei molecule, prin adăugarea sau eliminarea electronilor. Odată încărcat, un ion va dori să se miște în raport cu un câmp magnetic. Aceasta se află în centrul unităților ionice. Dar anumiți atomi sunt mai potriviți pentru acest lucru. Unitățile ionice ale NASA utilizează de obicei xenon, un gaz inert, deoarece nu există riscul de explozie.
Într-o unitate de ionizare, xenonul nu este un combustibil. Nu este combustibil și nu are proprietăți inerente care să-l facă util ca combustibil. Sursa de energie pentru o unitate de ioni trebuie să provină din altă parte. Această sursă poate fi electricitate din celule solare sau energie electrică generată de căldura de descompunere dintr-un material nuclear.
Ionii sunt creați prin bombardarea gazului cu xenon cu electroni cu energie mare. Odată încărcați, acești ioni sunt atrași printr-o pereche de grile electrostatice - numite lentile - prin sarcinile lor și sunt expulzați din cameră, producând o împingere. Această descărcare se numește fasciculul ionic și este din nou injectată cu electroni, pentru a-și neutraliza încărcarea. Iată un scurt videoclip care arată cum funcționează unitățile ionice:
Spre deosebire de o rachetă chimică tradițională, unde tracțiunea sa este limitată de cât de mult combustibil poate transporta și arde, tracțiunea generată de o acționare ionică este limitată doar de puterea sursei sale electrice. Cantitatea de propulsor pe care o poate transporta o ambarcațiune, în acest caz xenon, este o preocupare secundară. Nava spațială Dawn a NASA a folosit doar 10 uncii de propulsor xenon - care este mai puțin decât o cutie de sodă - pentru 27 de ore de funcționare.
În teorie, nu există nicio limită la puterea sursei electrice care alimentează unitatea și se lucrează la dezvoltarea unor propulsoare cu ioni chiar mai puternice decât noi în prezent. În 2012, propulsorul Xenon Evolutionary al NASA (NEXT) a funcționat la 7000w timp de peste 43.000 ore, în comparație cu unitatea ionică de pe DS1 care a folosit doar 2100w. URMĂTORUL și design-urile care îl vor depăși în viitor, vor permite navei spațiale să meargă în misiuni extinse pe mai mulți asteroizi, comete, planetele exterioare și lunile lor.
Misiunile care utilizează propulsie ionică includ misiunea Dawn a NASA, misiunea japoneză Hayabusa pe asteroidul It14ăua și viitoarele misiuni ESA Bepicolombo, care se vor îndrepta către Mercur în 2017 și LISA Pathfinder, care va studia undele gravitaționale de joasă frecvență.
Odată cu îmbunătățirea constantă a sistemelor de propulsie ionică, această listă va crește doar.
