Źródło zdjęcia: ESA
Misja SMART-1 Europejskiej Agencji Kosmicznej wykorzysta rewolucyjny silnik jonowy, aby pomóc jej w poszukiwaniu dowodów na to, że Księżyc powstał po gwałtownym zderzeniu mniejszej planety z Ziemią. Silnik jonowy działa poprzez przyspieszenie zjonizowanych cząstek gazu w stałym strumieniu przez miesiące, a nawet lata. Chociaż ciąg jest bardzo niski, jest bardzo wydajny i wymaga ułamka paliwa używanego przez tradycyjne rakiety.
Fani filmów science fiction wiedzą, że jeśli chcesz podróżować na niewielką odległość od swojej planety, skorzystasz z podświetlanego „napędu jonowego”. Czy jednak taka science fiction napędzana jonami jest faktem naukowym?
Odpowiedź leży gdzieś pośrodku. Silniki jonowe pochodzą z co najmniej 1959 r. Dwa silniki jonowe zostały nawet przetestowane w 1964 r. Na amerykańskim satelicie SERT 1 - jeden był udany, a drugi nie.
Zasadą jest po prostu konwencjonalna fizyka - bierzesz gaz i jonizujesz go, co oznacza, że nadajesz mu ładunek elektryczny. Tworzy to dodatnio naładowane jony gazu wraz z elektronami. Zjonizowany gaz przepływa przez pole elektryczne lub ekran z tyłu silnika, a jony opuszczają silnik, wytwarzając ciąg w przeciwnym kierunku.
Bardzo oszczędny
Silniki jonowe, działające w próżni kosmicznej bliskiej przestrzeni kosmicznej, wystrzeliwują gaz pędny znacznie szybciej niż strumień rakiety chemicznej. W związku z tym zapewniają około dziesięciokrotnie większy ciąg na kilogram zastosowanego paliwa, dzięki czemu są bardzo „oszczędne”.
Chociaż są wydajne, silniki jonowe są urządzeniami o bardzo niskim ciągu. Ilość pchnięcia, jaką dostajesz za ilość zastosowanego paliwa, jest bardzo dobra, ale nie pchają bardzo mocno. Na przykład astronauci nigdy nie mogliby ich użyć do zdjęcia powierzchni planety. Jednak w kosmosie mogą wykorzystać je do manewrowania, jeśli nie spieszą się z przyspieszeniem. Dlaczego? Napędy jonowe mogą osiągać duże prędkości w kosmosie, ale potrzebują bardzo dużej odległości, aby z czasem osiągnąć takie prędkości.
Spokojna zaleta
Silniki jonowe pracują swoją magię w spokojny sposób. Pistolety elektryczne przyspieszają jony. Jeśli moc tego przyspieszenia pochodzi z paneli słonecznych statku kosmicznego, naukowcy nazywają to „napędem słoneczno-elektrycznym”. Panele słoneczne o rozmiarach zwykle stosowanych w obecnych statkach kosmicznych mogą dostarczać tylko kilka kilowatów energii.
Silnik jonowy zasilany energią słoneczną nie mógł zatem konkurować z dużym ciągiem rakiety chemicznej. Jednak typowa rakieta chemiczna pali się tylko przez kilka minut, podczas gdy silnik jonowy może pchać delikatnie przez miesiące, a nawet lata - tak długo, jak świeci Słońce i zapasy paliwa.
Kolejną zaletą delikatnego ciągu jest to, że umożliwia bardzo dokładne sterowanie statkiem kosmicznym, bardzo przydatne w misjach naukowych wymagających bardzo precyzyjnego wskazywania celu.
Zapewnienie ESA miejsca w przestrzeni kosmicznej
Inżynierowie po raz pierwszy przetestowali silnik jonowy jako główny układ napędowy, wykorzystując misję NASA Deep Space 1 w latach 1998–2001. Misja ESART SMART-1, która ma zostać uruchomiona pod koniec sierpnia 2003 r., Poleci na Księżyc i zademonstruje bardziej subtelne operacje rodzaj potrzebny w przyszłych misjach długodystansowych. Będą one łączyć napęd słoneczno-elektryczny z manewrami wykorzystującymi po raz pierwszy grawitację planet i księżyców.
SMART-1 zapewni Europie niezależność w stosowaniu napędu jonowego. Inne misje związane z naukami kosmicznymi powinny wykorzystywać silniki jonowe do złożonych manewrów w pobliżu orbity Ziemi. Na przykład misja LISA ESA wykryje fale grawitacyjne pochodzące z odległego Wszechświata. Przyszłe misje ESA na planety wykorzystają również silniki jonowe, aby wysłać je na swoją drogę.
Teraz fakt naukowy
Współczesna rzeczywistość napędu słoneczno-elektrycznego może nie pasować do magii filmowej filmów science fiction ze statkiem kosmicznym latającym po ekranach kin. Jednak praca ESA nad SMART-1 i przyszłymi misjami zapewnia, że napędy jonowe są teraz bardziej naukowym faktem niż science fiction.
Oryginalne źródło: ESA News Release
