Kui mõelda kosmosereisidele, kipume tavaliselt pildistama Maast plahvatavat massiivset raketti, mille põhjast väljuvad tohutud tule- ja suitsuvoog, kuna tohutu masin võitleb Maa gravitatsiooni pääsemise eest. Kuid kui kosmoselaev on oma gravitatsioonilise sideme Maaga katkestanud, on meil neid toiteks ka muid võimalusi. Ioonjõudu, millest ulmetes juba ammu unistati, kasutatakse nüüd proovide ja kosmoselaevade saatmiseks pikkadel kosmosereisidel.
NASA alustas ioonide tõukejõu uurimist esmakordselt 1950ndatel. 1998. aastal kasutati ioonjõuseadet edukalt kosmoseaparaadi peamise tõukejõusüsteemina, mis andis Deep Space 1 (DS1) oma missioonil asteroidile 9969 Braille ja Comet Borrelly. DS1 ei olnud mõeldud mitte ainult asteroidi ja komeedi külastamiseks, vaid ka kaheteistkümne kõrgtehnoloogilise kõrge riskitehnoloogia katsetamiseks, sealhulgas ioonide tõukejõusüsteemi enda jaoks.
Iooni tõukejõusüsteemid tekitavad vähesel määral tõukejõudu. Hoidke üheksa neljandikku oma käes, tunnetage, kuidas Maa gravitatsioon neid tõmbab, ja teil on ettekujutus, kui väikest tõukejõudu need tekitavad. Neid ei saa kasutada kosmoselaevade laskmiseks tugeva raskusega kehadest. Nende tugevus seisneb aja jooksul tõukejõu tekitamises. See tähendab, et nad suudavad saavutada väga suuri tippkiirusi. Ioonjõuga tõukejõud võivad liikuma kosmoselaevade kiirusele üle 320 000 kp / h (200 000 mph), kuid selle kiiruse saavutamiseks peavad need olema pikka aega töötavad.
Ioon on aatom või molekul, mis on kas kaotanud või omandanud elektroni ja millel on seetõttu elektrilaeng. Niisiis on ioniseerimine aatomile või molekulile laengu andmine elektronide lisamise või eemaldamise teel. Pärast iooni laadimist soovib ioon liikuda magnetvälja suhtes. See on iooniajamite keskmes. Kuid selleks sobivad paremini teatud aatomid. NASA iooniajamites kasutatakse tavaliselt inertset gaasi ksenooni, kuna plahvatusohtu pole.
Iooniajamil ei ole ksenoon kütus. Seda ei põleta ja sellel pole olemuslikke omadusi, mis muudaksid selle kütusena kasulikuks. Iooniajami energiaallikas peab tulema kuskilt mujalt. Selleks allikaks võib olla päikesepatareidest saadav elekter või tuumamaterjali lagunemiskuumusest toodetud elekter.
Ioonid tekitatakse ksenoongaasi pommimisel suure energiaga elektronidega. Pärast laadimist tõmmatakse need ioonid läbi laengu läbi elektrostaatiliste võrede, mida nimetatakse läätsedeks, ja väljutatakse kambrist, tekitades tõukejõu. Seda tühjenemist nimetatakse ioonkiireks ja selle süstimiseks taas sisestatakse elektronid, et neutraliseerida selle laeng. Siin on lühike video, mis näitab, kuidas iooniajamid töötavad:
Erinevalt tavapärasest keemilisest raketist, kus selle tõukejõudu piirab see, kui palju kütust see suudab kanda ja põletada, on iooniajamiga tekitatav tõukejõud piiratud ainult selle elektriallika tugevusega. Propellendi kogus, mida veesõiduk võib kanda, antud juhul ksenoon, on teisejärguline probleem. NASA kosmoselaev Dawn kasutas 27 töötunni vältel ainult 10 untsi ksenoonkütust - see on vähem kui soodapurk -.
Teoreetiliselt ei ole ajamil töötava elektriallika tugevusel mingeid piiranguid ja tööd tehakse veelgi võimsamate ioontraktorite väljatöötamiseks, kui meil praegu on. 2012. aastal töötas NASA evolutsiooniline ksenoonpüüdur (NEXT) 7000w võimsusega üle 43 000 tunni, võrreldes DS1 iooniajamiga, mis kasutas vaid 2100w. NEXT ja seda tulevikus ületavad konstruktsioonid võimaldavad kosmoselaevadel minna pikematele missioonidele mitme asteroidi, komeedi, väliste planeetide ja nende kuude juurde.
Ioonjõudu kasutavate missioonide hulka kuuluvad NASA missioon Dawn, Jaapani Hayabusa missioon asteroidi 25143 Itokawa ja tulevased ESA missioonid Bepicolombo, mis suundub 2017. aastal Merkuuri, ja LISA Pathfinder, mis uurib madala sagedusega gravitatsioonilisi laineid.
Ioonide tõukejõusüsteemide pideva parendamisega see nimekiri ainult kasvab.
