Galvodami apie kosmines keliones, mes linkę pavaizduoti didžiulę raketą, sprogstančią iš Žemės, iš apačios kylant didžiuliams ugnies ir dūmų srautams, nes didžiulė mašina stengiasi ištrūkti iš Žemės gravitacijos. Bet kai erdvėlaivis nutraukia savo gravitacinį ryšį su Žeme, mes turime kitas galimybes jiems maitinti. Jonų varymas, apie kurį seniai svajojama mokslinėje fantastikoje, dabar naudojamas zondų ir erdvėlaivių siuntimui į ilgas keliones per kosmosą.
NASA pirmą kartą pradėjo tirti jonų varymą šeštajame dešimtmetyje. 1998 m. Jonų varomoji jėga buvo sėkmingai naudojama kaip pagrindinė erdvėlaivio varomoji jėgos jėgainė „Deep Space 1“ (DS1), vykdanti savo misiją į „Braille Braille“ asteroidą 9969 ir „Comet Borrelly“. DS1 buvo skirtas ne tik aplankyti asteroidą ir kometą, bet ir išbandyti dvylika pažangių, labai pavojingų technologijų, tarp jų ir pačią jonų varomąją sistemą.
Jonų varomosios sistemos sukuria nedidelę trauką. Laikykite rankoje devynis ketvirčius, pajuskite, kaip Žemės gravitacija juos traukia, ir jūs įsivaizduojate, kokia maža trauka jie sukuria. Jie negali būti naudojami erdvėlaiviams paleisti iš kūnų, turinčių didelę gravitaciją. Jų stiprybė yra ta, kad laikui bėgant ir toliau kuriama trauka. Tai reiškia, kad jie gali pasiekti labai didelį greitį. Jonų sraigtai gali stumti erdvėlaivius greičiu, viršijančiu 320 000 kp / h (200 000 mph), tačiau norint pasiekti tokį greitį, jie turi veikti ilgą laiką.
Jonas yra atomas arba molekulė, kuri prarado arba įgijo elektroną, todėl turi elektrinį krūvį. Taigi jonizacija yra atomo ar molekulės įkrovimo procesas, pridedant arba pašalinant elektronus. Jonas, įkrautas, norės judėti magnetinio lauko atžvilgiu. Tai yra jonų pavarų esmė. Bet tam geriau tinka tam tikri atomai. NASA jonų pavaros paprastai naudoja ksenoną, inertines dujas, nes nėra sprogimo pavojaus.
Jonų pavara ksenonas nėra degalai. Jis nėra degus ir neturi būdingų savybių, dėl kurių jis gali būti naudojamas kaip kuras. Jonų pavaros energijos šaltinis turi būti iš kažkur kitur. Šis šaltinis gali būti elektra iš saulės elementų arba elektra, gaunama iš branduolinės medžiagos sklindančios šilumos.
Jonai sukuriami bombarduojant ksenono dujas su didelės energijos elektronais. Įkrovę šie jonai per krūvį traukiami per elektrostatinių tinklelių, vadinamų lęšiais, porą ir išmetami iš kameros, sukuriant trauką. Ši iškrova vadinama jonų pluoštu ir vėl įpurškiama elektronų, kad būtų neutralizuotas jo krūvis. Čia yra trumpas vaizdo įrašas, kuriame parodyta, kaip veikia jonų kaupikliai:
Skirtingai nuo tradicinės cheminės raketos, kur jos trauką riboja tai, kiek degalų ji gali pernešti ir sudeginti, jonų pavaros sukuriamą trauką riboja tik jos elektrinio šaltinio stiprumas. Aparatas, kurį gali vežti raketinis kuras, šiuo atveju ksenonas, yra antraeilis rūpestis. NASA „Dawn“ erdvėlaivis 27 eksploatavimo valandas sunaudojo tik 10 uncijų ksenono raketų - tai yra mažiau nei soda.
Teoriškai elektros energijos šaltinio, maitinančio pavarą, stiprumas nėra ribojamas, todėl stengiamasi sukurti dar galingesnius jonų sraigtus, nei mes turime šiuo metu. 2012 m. NASA evoliucinis ksenono variklis (NEXT) veikė 7000 W galia daugiau nei 43 000 valandų, palyginti su DS1 jonų pavara, kuri naudojo tik 2100 W. „NEXT“ ir dizainai, kurie ateityje jį pranoks, leis kosminiams laivams leistis į ilgesnes misijas su keliais asteroidais, kometomis, išorinėmis planetomis ir jų mėnesiais.
Į misijas, naudojančias jonų varomąją jėgą, įeina NASA „Aušros“ misija, Japonijos „Hayabusa“ misija į asteroidą 25143 Itokawa ir būsimos ESA misijos „Bepicolombo“, kuri 2017 m. Vyks į Merkurijų, ir „LISA Pathfinder“, tiriančio žemo dažnio gravitacines bangas.
Nuolat tobulinant jonų varomąsias sistemas, šis sąrašas tik augs.
