Når vi tænker på rumrejser, har vi en tendens til at forestille os en massiv raket, der sprænger sig ud af Jorden, med enorme sprængning af ild og røg, der kommer ud fra bunden, da den enorme maskine kæmper for at undslippe Jordens tyngdekraft. Men når et rumfartøj har brudt sin gravitationsbinding med Jorden, har vi andre muligheder for at drive dem. Ion fremdrift, længe drømt om i science fiction, bruges nu til at sende sonder og rumfartøjer på lange rejser gennem rummet.
NASA begyndte først at undersøge ionfremdrift i 1950'erne. I 1998 blev ionfremdrift med succes brugt som det primære fremdrivningssystem i et rumfartøj, hvorved Deep Space 1 (DS1) blev draget til sin mission til asteroiden 9969 Braille og Comet Borrelly. DS1 var designet ikke kun til at besøge en asteroide og en komet, men også til at teste tolv avancerede højrisikoteknologier, hvoraf hovedet er ionuddrivningssystemet.
Ion fremdrivningssystemer genererer en lille mængde tryk. Hold ni kvarterer i din hånd, føl Jordens tyngdekraft trækker dem, og du har en idé om, hvor lidt skubbe de genererer. De kan ikke bruges til opsendelse af rumfartøjer fra kroppe med stærk tyngdekraft. Deres styrke ligger i at fortsætte med at generere drivkraft over tid. Dette betyder, at de kan opnå meget høje tophastigheder. Ion-thrustere kan drive rumfartøjer til hastigheder over 320.000 kp / h (200.000 km / h), men de skal være i drift i lang tid for at opnå den hastighed.
En ion er et atom eller et molekyle, der enten har mistet eller fået et elektron, og derfor har en elektrisk ladning. Så ionisering er processen med at give en ladning til et atom eller et molekyle ved at tilføje eller fjerne elektroner. Når den er ladet, vil en ion bevæge sig i forhold til et magnetfelt. Det er kernen i iondrev. Men visse atomer er bedre egnet til dette. NASAs iondrev bruger typisk xenon, en inert gas, fordi der ikke er nogen risiko for eksplosion.
I et iondrev er xenon ikke et brændstof. Det er ikke forbrændt, og det har ingen iboende egenskaber, der gør det nyttigt som brændstof. Energikilden til et iondrev skal komme fra et andet sted. Denne kilde kan være elektricitet fra solceller eller elektricitet, der genereres fra forfaldsvarme fra et nukleart materiale.
Ioner oprettes ved at bombardere xenongassen med elektroner med høj energi. Når de ioner er ladet, trækkes disse ioner gennem et par elektrostatiske gitter - kaldet linser - ved deres ladninger og udvises ud af kammeret og producerer tryk. Denne udladning kaldes ionstrålen, og den injiceres igen med elektroner for at neutralisere dens ladning. Her er en kort video, der viser, hvordan iondrev fungerer:
I modsætning til en traditionel kemisk raket, hvor dens drivkraft er begrænset af hvor meget brændstof den kan bære og brænde, er trykket genereret af et iondrev kun begrænset af styrken i dets elektriske kilde. Mængden af drivmiddel et fartøj kan bære, i dette tilfælde xenon, er en sekundær bekymring. NASAs Dawn-rumfartøj brugte kun 10 ounce xenon-drivmiddel - det er mindre end en sodavand - til 27 timers drift.
I teorien er der ingen grænser for styrken af den elektriske kilde, der driver drevet, og der arbejdes på at udvikle endnu mere kraftfulde ion-thrustere end vi i øjeblikket har. I 2012 arbejdede NASAs Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) ved 7000 W i over 43.000 timer i sammenligning med iondrevet på DS1, der kun brugte 2100 W. NEXT, og design, der vil overgå det i fremtiden, vil give rumfartøjer mulighed for at gå på udvidede missioner til flere asteroider, kometer, de ydre planeter og deres måner.
Opgaver, der bruger ionfremdrift inkluderer NASAs Dawn-mission, den japanske Hayabusa-mission til asteroiden 25143 Itokawa, og de kommende ESA-missioner Bepicolombo, der tager mod Mercury i 2017, og LISA Pathfinder, der vil undersøge lavfrekvente tyngdekraftsbølger.
Med den konstante forbedring af ionfremdrivningssystemer vil denne liste kun vokse.
