Când ne gândim la călătoria în spațiu, de obicei ne imaginăm o rachetă masivă care se ridică de pe Pământ prin ejectarea cu viteză mare a unor gaze obţinute în urma arderii unui combustibil lichid sau gazos. Deocamdată rachetele reprezintă singura noastră opțiune pentru a scăpa de gravitaţia Pământului. Cu toate acestea, odată ce o navă spaţială a învins atracţia gravitaţională a Pământului, există şi alte opțiuni pentru propulsia acesteia.

Motorul ionic este în prezent folosit pentru sondele și navele spațiale care urmează să parcurgă distanțe lungi prin spațiul cosmic.

Propulsia ionicăPropulsia ionică. Credit: NASA

NASA a început să cerceteze propulsia ionică încă din anii 1950. În anul 1998 motoarele ionice au propulsat sonda Deep Space 1 (DS1) în misiunea sa către asteroidul 9969 Braille și cometa Borrelly. DS1 a fost concepută atât pentru studiul acelor obiecte cosmice, cât şi pentru testarea unor tehnologii avansate, cu risc ridicat, cum ar fi sistemul de propulsie ionică.

Cum funcţionează propulsia ionică?

Sistemele de propulsie ionică generează o forţă mică de reacţie. Ele nu pot fi folosite pentru lansarea în spaţiul cosmic a unor nave spațiale de pe corpuri având o gravitaţie puternică. Avantajul lor constă în faptul că pot genera tracţiune un timp îndelungat. Din acest motiv sistemele de propulsie ionică pot asigura viteze de top foarte mari.

Motoarele ionice pot propulsa navele spațiale cu o viteză de peste 320.000 km/h, dar acestea trebuie să fie în funcțiune pentru o lungă perioadă de timp pentru a atinge această viteză.

Un ion este un atom sau o moleculă care a pierdut sau a câștigat un electron. Din această cauză acesta are o sarcină electrică. Ionizarea este procesul prin care un atom sau o moleculă capătă sarcină electrică prin adăugarea sau eliminarea unor electroni. Motoarele ionice dezvoltate de NASA utilizează xenon, un gaz inert, pentru că nu există risc de explozie.

Într-un motor ionic, xenonul nu este combustibilul. Acesta nu este ars, ci ionizat. Sursa de energie pentru unitatea de propulsie ionică provine din altă parte. Motoarele ionice sunt alimentate cu energie electrică generată în panourile solare sau într-un reactor nuclear.

Ionii sunt generaţi prin bombardarea xenonului cu electroni de energie înaltă. Ulterior aceşti ioni sunt atraşi de o pereche de grile electrostatice și sunt eliminaţi în afara camerei motorului sub forma unui fascicul ionic. Pe baza efectului de reacţie se generează forţa de tracţiune. În fasciculul de ioni rezultat se injectează din nou electroni pentru neutralizarea sarcinii electrice. Puteţi urmări mai jos o prezentare video a modului în care funcționează motoarele ionice:

Spre deosebire de motorul de rachetă chimic la care forța de tracțiune este limitată de cât de mult combustibil se poate transporta și arde, forța de tracţiune generată de motorul ionic este limitată doar de puterea sursei de energie electrică. Cantitatea de agent propulsor pe care o navă spaţială o poate transporta, în acest caz xenon, reprezintă o preocupare secundară.

În teorie nu există nicio limită cu privire la puterea sursei electrice care alimentează unitatea ionică de propulsie. Pe baza viitoarelor generaţii de motoare ionice, sondele spațiale vor putea executa misiuni extinse către asteroizi, comete, planete și sateliții lor.

Evolutionary Xenon Thruster

Motorul cu propulsie ionică dezvoltat de NASA în cadrul proiectului Evolutionary Xenon Thruster. Credit: NASA

Printre misiunile spaţiale care utilizează propulsia ionică se numără misiunea Dawn a NASA, misiunea japoneză Hayabusa către asteroidul 25143 Itokawa şi viitoarele misiuni ale ESA-European Space Agency, misiunea Bepicolombo către Mercur în anul 2017 și misiunea Lisa Pathfinder care va studia undele gravitaționale de joasă frecvenţă.

Sursă: Futurism