Amikor az űrutazásra gondolunk, hajlamosak vagyunk egy hatalmas rakéta képét robbantani a Földről, hatalmas tűz- és füstfolyamok jönnek ki az alján, miközben a hatalmas gép küzd, hogy elkerülje a Föld gravitációját. De miután az űrhajó megszakította gravitációs kötelékét a Földdel, más lehetőségek is vannak a hatalom táplálására. Az ionos meghajtást, amiről a tudományos fantasztikus álmokban régóta álmodtak, ma már szondák és űrhajók küldésére használják hosszú utakon az űrben.
A NASA az ionmeghajtás kutatását kezdett el az 1950-es években. 1998-ban az ionmeghajtást sikeresen használták egy űrhajó fő meghajtórendszerének, táplálva a Deep Space 1-t (DS1) a 9969-es aszteroida Braille és Comet Borrelly felé. A DS1-et nemcsak egy aszteroida és egy üstökös meglátogatására tervezték, hanem tizenkét fejlett, magas kockázatú technológia tesztelésére is, amelyek közül magukban foglalják magukat az ionmeghajtó rendszert.
Az ionmeghajtó rendszerek kis mennyiségű tolóerőt generálnak. Tartsa kilenc negyedet a kezedben, érezze, hogy a Föld gravitációja rájuk húzódik, és van egy ötlete, hogy mennyi tolóerőt generálnak. Nem használhatók űrhajók nagy erősségű testekből történő dobásához. Erőssége abban rejlik, hogy az idővel folyamatosan növekszik a tolóerő. Ez azt jelenti, hogy nagyon nagy maximális sebességet is elérhetnek. Az ionos tolóerők 320 000 kp / h (200 000 mph) sebességnél nagyobb sebességre tudják hajtani az űrhajókat, de ezeknek a sebességnek hosszú ideig működniük kell.
Az ion olyan atom vagy molekula, amely elvesztette vagy megszerezte az elektronot, ezért elektromos töltéssel rendelkezik. Az ionizáció tehát egy atom vagy molekula töltése, elektronok hozzáadásával vagy eltávolításával. A töltés után az ion mozgni akar egy mágneses mezőhöz képest. Ez az ionhajtások középpontjában áll. De bizonyos atomok jobban megfelelnek erre. A NASA ionhajtóművei általában xenont, egy inert gázt használnak, mivel nem áll fenn a robbanás veszélye.
Ionhajtóműben a xenon nem üzemanyag. Nem égett, és nincs olyan tulajdonsága, hogy üzemanyagként hasznos legyen. Az ionhajtás energiaforrásának másutt kell származnia. Ez a forrás lehet napelemekből származó villamos energia vagy nukleáris anyagok bomlásának hőjéből előállított villamos energia.
Az ioneket úgy hozzák létre, hogy a xenon gázt nagy energiájú elektronokkal bombázzák. Töltés után ezeket az ionokat töltéseikkel egy elektrosztatikus rácson - lencséknek - húzzák, és kihúzzák a kamrából, és tolóerőt eredményeznek. Ezt a kisülést ionnyalábnak nevezik, és újra elektronokkal injektálják, hogy semlegesítsék a töltését. Íme egy rövid videó, amely bemutatja az ionmeghajtók működését:
A hagyományos kémiai rakétákkal ellentétben, ahol a tolóerőt korlátozza az, hogy mennyi üzemanyagot tud szállítani és elégetni, az ionhajtás által generált tolóerőt csak az elektromos forrás erőssége korlátozza. A hajtóanyag mennyisége, amelyet egy kézműves hordozhat, ebben az esetben xenon, másodlagos probléma. A NASA Dawn űrhajója mindössze 10 uncia xenon hajtóanyagot használt - ez kevesebb, mint egy szóda doboz - 27 órás üzemeltetésre.
Az elméletben a meghajtót tápláló áramforrás erőssége nincs korlátozva, és még erősebb ionfejlesztők kifejlesztésére készül, mint jelenleg. 2012-ben a NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) 7000w teljesítményen működött több mint 43 000 órán keresztül, összehasonlítva a DS1 ionmeghajtóval, amely csak 2100wt használt. A NEXT és a jövőben ezt meghaladó tervek lehetővé teszik az űrhajók számára, hogy hosszabb küldetésekre menjenek több aszteroidához, üstököshez, a külső bolygókhoz és holdaikhoz.
Ionmeghajtó missziók közé tartozik a NASA Dawn küldetése, a japán Hayabusa misszió a 25143 Itokawa aszteroidába, valamint a közelgő ESA missziók, Bepicolombo, amely 2017-ben a Mercury felé tart, és LISA Pathfinder, amely alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokat tanulmányoz.
Az ionmeghajtó rendszerek folyamatos fejlesztésével ez a lista csak növekszik.
