Když přemýšlíme o cestování vesmírem, máme tendenci si představovat masivní raketu vystřelující ze Země, s obrovským proudem ohně a kouře, který vychází ze dna, protože obrovský stroj se snaží uniknout zemské gravitaci. Jakmile však kosmická loď přeruší gravitační pouto se Zemí, máme jiné možnosti, jak je napájet. Iontový pohon, o kterém se ve sci-fi dlouho snilo, se nyní používá k odesílání sond a kosmických lodí na dlouhé cesty vesmírem.
NASA poprvé začala zkoumat iontový pohon v 50. letech 20. století. V roce 1998 byl iontový pohon úspěšně používán jako hlavní pohonný systém na kosmické lodi, pohánějící Deep Space 1 (DS1) při své misi na asteroid 9969 Braille a Comet Borrelly. DS1 byl navržen nejen k návštěvě asteroidu a komety, ale také k testování dvanácti pokročilých, vysoce rizikových technologií, mezi nimiž je i samotný systém pohonu iontů.
Iontové pohonné systémy vytvářejí malé množství tahu. Držte devět čtvrtin v ruce, cítte, jak na ně tahá gravitace Země, a máte představu, jak malý tah generují. Nelze je použít pro vypuštění kosmické lodi z těl se silnou gravitací. Jejich síla spočívá v neustálém vytváření tahu v čase. To znamená, že mohou dosáhnout velmi vysokých maximálních rychlostí. Iontové trysky mohou pohánět kosmickou loď rychlostí vyšší než 320 000 kp / h (200 000 mph), ale k dosažení této rychlosti musí být v provozu po dlouhou dobu.
Ion je atom nebo molekula, která buď ztratila nebo získala elektron, a proto má elektrický náboj. Ionizace je tedy proces nabíjení atomu nebo molekuly přidáním nebo odstraněním elektronů. Jakmile je ion nabitý, bude se chtít pohybovat ve vztahu k magnetickému poli. To je jádrem iontových pohonů. Určité atomy se však k tomu hodí lépe. Ionové pohony NASA obvykle používají xenon, inertní plyn, protože nehrozí nebezpečí výbuchu.
V iontové jednotce není xenon palivem. Není spalován a nemá žádné vlastní vlastnosti, díky kterým by byl užitečný jako palivo. Zdroj energie pro iontový pohon musí pocházet někam jinam. Tímto zdrojem může být elektřina ze solárních článků nebo elektřina vyrobená z rozpadajícího se tepla z jaderného materiálu.
Ionty jsou vytvářeny bombardováním xenonového plynu vysoce energetickými elektrony. Jakmile jsou tyto ionty nabity, jsou jejich náboji protaženy dvojicí elektrostatických sítí - nazývaných čočkami - a jsou vytlačeny z komory, čímž se vytvoří tah. Tento výboj se nazývá iontový paprsek a znovu se vstřikuje elektrony, aby neutralizoval svůj náboj. Zde je krátké video ukazující, jak fungují iontové jednotky:
Na rozdíl od tradiční chemické rakety, kde je její tah omezen tím, kolik paliva může nést a spálit, je tah generovaný iontovým pohonem omezen pouze silou jeho elektrického zdroje. Množství paliva, které může plavidlo nést, v tomto případě xenonu, je vedlejším problémem. Kosmická loď NASA Dawn používala pouze 10 uncí xenonové pohonné hmoty - to je méně než soda - po dobu 27 hodin provozu.
Teoreticky není omezena síla elektrického zdroje pohánějícího pohon a pracuje se na vývoji ještě silnějších iontových pohonů, než máme v současnosti. V roce 2012 provozoval NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) s výkonem 7000 W po dobu 43 000 hodin, ve srovnání s iontovým pohonem na DS1, který používal pouze 2100 W. DALŠÍ a návrhy, které jej v budoucnu překonají, umožní kosmické lodi pokračovat v rozšířených misích na více asteroidů, komet, vnějších planet a jejich měsíců.
Mezi mise používající iontový pohon patří mise NASA Dawn, japonská mise Hayabusa na asteroid 25143 Itokawa a blížící se mise ESA Bepicolombo, které zamíří na Merkur v roce 2017, a LISA Pathfinder, který bude studovat nízkofrekvenční gravitační vlny.
S neustálým zlepšováním systémů iontového pohonu tento seznam poroste.
