Коли ми думаємо про космічні подорожі, ми схильні зображувати величезну ракету, яка вибухає з Землі, а величезні струми вогню та диму виходять на дно, коли величезна машина бореться за втечу від земної сили. Але як тільки космічний корабель розірвав гравітаційний зв’язок із Землею, у нас є інші варіанти їх живлення. Іонне рушій, про яке мріяли в науковій фантастиці, зараз використовується для відправки зондів і космічних апаратів у далекі подорожі по космосу.
НАСА вперше почала досліджувати іонну установку в 1950-х роках. У 1998 р. Іонний привід успішно використовувався в якості основної системи руху на космічному кораблі, що використовує Глибокий Космос 1 (DS1) під час своєї місії на астероїд 9969 Брайля та Комету Борреллі. DS1 був розроблений не лише для відвідування астероїда і комети, але і для тестування дванадцяти передових технологій з високим ризиком, головним з яких є сама система руху іонів.
Іонні силові системи генерують невелику кількість тяги. Тримайте дев’ять четвертей у руці, відчуйте, як сила тяжіння Землі тягне за собою, і ви маєте уявлення, як мало поштовху вони створюють. Їх не можна використовувати для запуску космічних кораблів із тіл з сильною силою тяжіння. Їх сила полягає в тому, щоб продовжувати генерувати тягу з часом. Це означає, що вони можуть досягти дуже високих максимальних швидкостей. Іонні дроселі можуть приводити в рух космічні апарати зі швидкістю понад 320 000 кп / год (200 000 миль / год), але для досягнення цієї швидкості вони повинні працювати протягом тривалого часу.
Іон - це атом або молекула, яка або втратила, або набрала електрон, і тому має електричний заряд. Отже, іонізація - це процес подачі заряду на атом або молекулу, додаючи або видаляючи електрони. Після зарядки іон захоче рухатися відносно магнітного поля. Це в основі іонних приводів. Але для цього краще підходять певні атоми. Іонні приводи NASA зазвичай використовують ксенон, інертний газ, тому що немає ризику вибуху.
У іонному приводі ксенон не є паливом. Він не спалюється і не має властивих властивостей, які роблять його корисним в якості палива. Джерело енергії для іонного приводу має надходити з іншого місця. Це джерело може бути електроенергією від сонячних батарей або електроенергією, отриманою від тепла, що розпадається, від ядерного матеріалу.
Іони створюються шляхом бомбардування ксеноновим газом електронами високої енергії. Після зарядки ці іони витягуються через пару електростатичних сіток - так званих лінз - зарядами і виганяються з камери, створюючи тягу. Цей розряд називається іонним променем, і він знову вводиться електронами, щоб нейтралізувати його заряд. Ось коротке відео, яке показує, як працюють іонні накопичувачі:
На відміну від традиційної хімічної ракети, де її тяга обмежена кількістю палива, яку вона може переносити та спалювати, тяга, що створюється приводом іонів, обмежена лише силою її електричного джерела. Кількість палива, яке може носити судно, у цьому випадку ксенон, є другорядним питанням. Космічний апарат NASA «Світанок» використовував лише 10 унцій ксенонового ракетного палива - це менше, ніж сода - за 27 годин роботи.
Теоретично немає обмеження на потужність джерела електричного живлення, що живить привід, і проводиться робота над розробкою ще більш потужних іонних рушіїв, ніж у нас зараз. У 2012 році еволюційний ксеноновий рушій NASA (NEXT) працював на 7000 Вт протягом 43 000 годин порівняно з іонним приводом на DS1, який використовував лише 2100 Вт. НАСТУПНІ, і конструкції, які його перевершать у майбутньому, дозволять космічним кораблям здійснювати розширені місії до декількох астероїдів, комет, зовнішніх планет та їхні місяці.
Місії, що використовують іонний привід, включають місію НАСА «Світанок», японську місію Хаябуса на астероїд 25143 Ітокава, а також майбутні місії ESA Bepicolombo, які направляться до Меркурія в 2017 році, та LISA Pathfinder, яка буде вивчати гравітаційні хвилі низької частоти.
При постійному вдосконаленні іонних силових установок цей список буде тільки зростати.
