Domājot par kosmosa ceļojumiem, mēs mēdzam attēlot masīvu raķeti, kas uzspridzina no Zemes, un apakšā iznāk milzīgas uguns un dūmu strūklas, kad milzīgā mašīna cīnās, lai izbēgtu no Zemes gravitācijas. Bet, tiklīdz kosmosa kuģis ir pārtraucis savu gravitācijas saikni ar Zemi, mums ir citas iespējas to darbināšanai. Jonu vilces spēks, par kuru jau sen sapņots zinātniskajā fantastikā, tagad tiek izmantots, lai nosūtītu zondes un kosmosa kuģus tālos ceļojumos caur kosmosu.
NASA pirmo reizi sāka pētīt jonu piedziņu 1950. gados. 1998. gadā jonu dzinējspēks tika veiksmīgi izmantots kā galvenā dzinējspēka sistēma kosmosa kuģī, kas darbināja Deep Space 1 (DS1) misijas laikā uz asteroīdu 9969 Braille un Comet Borrelly. DS1 tika izstrādāts ne tikai asteroīda un komētas apmeklēšanai, bet arī divpadsmit modernu, paaugstināta riska tehnoloģiju pārbaudei, kuru vidū bija pati jonu vilces sistēma.
Jonu vilces sistēmas rada nelielu vilces spēku. Turiet deviņas ceturtdaļas rokā, jūtiet, kā Zemes gravitācija tos velk, un jums ir ideja, cik mazu vilci tie rada. Tos nevar izmantot kosmosa kuģu palaišanai no ķermeņiem ar spēcīgu smaguma pakāpi. Viņu spēks slēpjas vilces radīšanā laika gaitā. Tas nozīmē, ka viņi var sasniegt ļoti lielu maksimālo ātrumu. Jonu virzītāji var izdzīt kosmosa kuģus ar ātrumu virs 320 000 kp / h (200 000 mph), taču tiem jābūt ilgstošai darbībai, lai sasniegtu šo ātrumu.
Jons ir atoms vai molekula, kas ir vai nu zaudējis, vai ieguvis elektronu, un tāpēc tam ir elektriskais lādiņš. Tātad jonizācija ir atoma vai molekulas lādēšanas process, pievienojot vai noņemot elektronus. Pēc uzlādes jons vēlas pārvietoties attiecībā pret magnētisko lauku. Tas ir jonu piedziņas pamatā. Bet daži atomi tam ir labāk piemēroti. NASA jonu piedziņās parasti tiek izmantots ksenons, inerta gāze, jo nepastāv eksplozijas risks.
Jonu piedziņā ksenons nav degviela. Tas nav sadedzināts, un tam nav raksturīgu īpašību, kas padara to noderīgu kā degvielu. Jonu piedziņas enerģijas avotam ir jābūt no kaut kur citur. Šis avots var būt elektrība no saules baterijām vai elektrība, kas rodas no kodola materiāla sabrukšanas siltuma.
Joni tiek radīti, bombardējot ksenona gāzi ar augstas enerģijas elektroniem. Pēc uzlādēšanas šie joni ar lādiņiem tiek izvilkti caur elektrostatisko režģu pāri, ko sauc par lēcām, un tiek izvadīti no kameras, radot vilci. Šo izlādi sauc par jonu staru, un to atkal ievada ar elektroniem, lai neitralizētu tā lādiņu. Šis ir īss video, kurā parādīts, kā darbojas jonu piedziņas:
Atšķirībā no tradicionālās ķīmiskās raķetes, kur tās vilci ierobežo tas, cik daudz degvielas tā var pārvadāt un sadedzināt, jonu piedziņas radīto vilci ierobežo tikai tā elektriskā avota stiprums. Propelenta daudzums, ko drīkst pārvadāt kuģis, šajā gadījumā ksenons, ir sekundāra problēma. NASA kosmosa kuģis Dawn Dawn 27 stundu laikā izmantoja tikai 10 unces ksenona propelenta - tas ir mazāk nekā soda.
Teorētiski piedziņas barošanas avota stiprumam nav ierobežojumu, un tiek strādāts pie tā, lai izstrādātu vēl jaudīgākus jonu virzuļus, nekā mums šobrīd ir. 2012. gadā NASA evolucionārais ksenona dzinējspēks (NEXT) darbojās ar jaudu 7000w vairāk nekā 43 000 stundas, salīdzinot ar jonu piedziņu DS1, kas izmantoja tikai 2100w. NEXT un dizainparaugi, kas to pārspēs nākotnē, ļaus kosmosa kuģiem doties ilgstošās misijās uz vairākiem asteroīdiem, komētām, ārējām planētām un viņu pavadoņiem.
Misijas, kurās izmanto jonu piedziņu, ietver NASA misiju Dawn, Japānas Hayabusa misiju asteroīdā 25143 Itokawa un gaidāmajām ESA misijām Bepicolombo, kas 2017. gadā dosies uz Merkura, un LISA Pathfinder, kas pētīs zemas frekvences gravitācijas viļņus.
Pastāvīgi uzlabojot jonu vilces sistēmas, šis saraksts tikai pieaugs.
