Când ne gândim la călătoriile în spațiu, avem tendința să ne imaginăm o rachetă masivă explodând de pe Pământ, cu explozii uriașe de foc și fum care ies pe fund, în timp ce enorma mașinărie se luptă să scape de gravitația Pământului. Rachetele sunt singura noastră opțiune pentru a scăpa de gravitația Pământului, deocamdată. Dar odată ce o navă spațială și-a rupt legătura gravitațională cu Pământul, avem alte opțiuni pentru a le alimenta. Propulsiunea ionică, visată de mult în SF, este acum folosită pentru a trimite sonde și nave spațiale în călătorii lungi prin spațiu.
NASA a început să cerceteze propulsia ionică în anii 1950. În 1998, propulsia ionică a fost folosită cu succes ca principal sistem de propulsie pe o navă spațială, alimentând Spațiul adânc 1 (DS1) în misiunea sa pe asteroid 9969 Braille și Cometa Borrelly . DS1 a fost proiectat nu numai pentru a vizita un asteroid și o cometă, ci și pentru a testa douăsprezece tehnologii avansate, cu risc ridicat, printre care principalul sistemul de propulsie ionică în sine.
Sistemele de propulsie ionică generează o cantitate mică de forță. Țineți nouă sferturi în mână, simțiți tragerea gravitației Pământului asupra lor și vă dați seama cât de puțină forță generează. Ele nu pot fi folosite pentru lansarea navelor spațiale din corpuri cu gravitație puternică. Puterea lor constă în a continua să genereze impuls în timp. Aceasta înseamnă că pot atinge viteze maxime foarte mari. Propulsoarele cu ioni 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 fie a pierdut, fie a câștigat un electron și, prin urmare, are o sarcină electrică. Deci ionizarea este procesul de a da o sarcină unui atom sau unei molecule, prin adăugarea sau îndepărtarea de electroni. Odată încărcat, un ion va dori să se miște în raport cu un câmp magnetic. Acesta este în centrul unităților ionice. Dar anumiți atomi sunt mai potriviți pentru asta. Unitățile de ioni ale NASA folosesc de obicei xenon, un gaz inert, deoarece nu există niciun risc de explozie.
Detaliu al unui drive ionic. Imagine: NASA Glenn Research Center. Vectorizare de Chabacano
Într-o unitate cu ioni, xenonul nu este un combustibil. Nu este ars și nu are proprietăți inerente care să-l facă util ca combustibil. Sursa de energie pentru o unitate ionică trebuie să provină din altă parte. Această sursă poate fi electricitate din celulele solare sau electricitate generată din căldura de descompunere dintr-un material nuclear.
Ionii sunt creați prin bombardarea gazului xenon cu electroni de înaltă energie. Odată încărcați, acești ioni sunt atrași printr-o pereche de rețele electrostatice - numite lentile - de sarcinile lor și sunt expulzați din cameră, producând forță. Această descărcare se numește fascicul de ioni și este din nou injectată cu electroni, pentru a-și neutraliza sarcina. Iată un scurt videoclip care arată cum funcționează unitățile ionice:
Spre deosebire de un tradițional rachetă chimică , unde forța sa este limitată de cât de mult combustibil poate transporta și arde, forța generată de o unitate ionică este limitată doar de puterea sursei sale electrice. Cantitatea de propulsor pe care o poate transporta o navă, în acest caz xenon, este o preocupare secundară. ale NASA Zori nava spațială a folosit doar 10 uncii de propulsor xenon - adică mai puțin decât o cutie de sifon - pentru 27 de ore de funcționare.
Propulsor cu xenon evolutiv NASA. Credit imagine: NASA
În teorie, nu există nicio limită pentru puterea sursei electrice care alimentează unitatea și se lucrează pentru a dezvolta propulsoare de ioni și mai puternice decât avem în prezent. În 2012, Propulsorul evolutiv cu xenon al NASA (NEXT) a funcționat la 7000w timp de peste 43.000 de ore, în comparație cu unitatea ionică de pe DS1 care a folosit doar 2100w. NEXT și modelele care îl vor depăși în viitor, vor permite navelor spațiale să plece în misiuni extinse către mai mulți asteroizi, comete, planetele exterioare și lunile lor.
Misiunile care utilizează propulsie ionică includ NASA Zori misiune, japonezii Hayabusa misiunea pe asteroidul 25143 Itokawa și viitoarele misiuni ESA Bepicolombo , care se va 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.