Когато мислим за космически пътувания, ние сме склонни да изобразяваме огромна ракета, която взривява от Земята, като огромни струи огън и дим излизат от дъното, докато огромната машина се бори да избяга от земната гравитация. Но след като космически кораб прекъсне гравитационната си връзка със Земята, ние имаме други възможности за захранването им. Ионното задвижване, за което се мечтае отдавна в научната фантастика, сега се използва за изпращане на сонди и космически кораби на дълги пътувания из космоса.
НАСА за първи път започва изследване на йонното задвижване през 50-те години. През 1998 г. йонното задвижване успешно се използва като основна задвижваща система на космически кораб, захранваща Deep Space 1 (DS1) при мисията си към астероида 9969 Брайлова и Комета Борели. DS1 е създаден не само за посещение на астероид и комета, но и за тестване на дванадесет усъвършенствани високорискови технологии, водещи сред тях самата йонна задвижваща система.
Ионните задвижващи системи генерират малко количество тяга. Дръжте девет четвъртинки в ръка, почувствайте как земната гравитация се дърпа върху тях и имате идея колко малка тяга генерират. Те не могат да се използват за изстрелване на космически кораби от тела със силна гравитация. Силата им се състои в това да продължат да генерират тяга във времето. Това означава, че те могат да постигнат много високи максимални скорости. Йонните дросели могат да задвижват космически кораб със скорост над 320 000 кп / ч (200 000 мили / ч), но те трябва да работят дълго време, за да постигнат тази скорост.
Йонът е атом или молекула, която или е загубила, или е придобила електрон, и следователно има електрически заряд. Така че йонизацията е процес на подаване на заряд на атом или молекула, чрез добавяне или премахване на електрони. Веднъж зареден, йонът ще иска да се движи по отношение на магнитно поле. Това е в основата на дисковете с йони. Но определени атоми са по-подходящи за това. Ионните задвижвания на НАСА обикновено използват ксенон, инертен газ, тъй като няма риск от експлозия.
В йонното устройство ксенонът не е гориво. Той не се изгаря и няма присъщи свойства, които го правят полезен като гориво. Източникът на енергия за йонно задвижване трябва да идва от някъде другаде. Този източник може да бъде електричество от слънчеви клетки или електричество, генерирано от гниене на топлина от ядрен материал.
Йони се създават чрез бомбардиране на ксеноновия газ с високоенергийни електрони. Веднъж заредени, тези йони се изтеглят през двойка електростатични решетки - наречени лещи - чрез техните заряди и се изгонват от камерата, създавайки тяга. Този разряд се нарича йонният лъч и той отново се инжектира с електрони, за да неутрализира своя заряд. Ето кратко видео, показващо как работят йонните дискове:
За разлика от традиционната химическа ракета, където тягата й е ограничена от това колко гориво може да носи и изгаря, тягата, генерирана от йонно задвижване, е ограничена само от силата на нейния електрически източник. Количеството гориво, което един кораб може да носи, в случая ксенон, е второстепенно значение. Космическият апарат на НАСА „Зората“ използва само 10 унции ксеноново гориво - това е по-малко от консерва със сода - за 27 часа работа.
На теория няма ограничение за силата на електрическия източник, захранващ задвижването, и се работи за разработването на дори по-мощни йонни изтласкватели, отколкото имаме в момента. През 2012 г. еволюционният ксенон тросач (NEXT) на НАСА работеше при 7000w за над 43 000 часа в сравнение с йонното задвижване на DS1, използващо само 2100w. NEXT и дизайните, които ще го надминат в бъдеще, ще позволят на космическите кораби да преминават в разширени мисии към множество астероиди, комети, външни планети и техните луни.
Мисиите, използващи йонното задвижване, включват мисията на зората на НАСА, японската мисия Хаябуса за астероид 25143 Итокава и предстоящите мисии на ESA Bepicolombo, които ще се насочат към Меркурий през 2017 г., и LISA Pathfinder, която ще изучава гравитационни вълни с ниска честота.
С постоянното усъвършенстване на системата за йонно задвижване този списък ще расте само.
