Bildkredit: ESA
Europeiska rymdorganisationens SMART-1-uppdrag kommer att använda en revolutionerande jonmotor för att hjälpa den att söka bevis för att månen bildades efter en våldsam kollision av en mindre planet med jorden. En jonmotor fungerar genom att accelerera joniserade gaspartiklar i en konstant ström under månader eller till och med år. Även om drivkraften är mycket låg, är den mycket effektiv och kräver en bråkdel av bränsle som traditionella raketer använder.
Science-fiction-fans vet att om du vill resa korta avstånd från din hemplanet, skulle du använda en sublight 'jon-enhet'. Men är en sådan jon drivande science fiction, eller science fact?
Svaret ligger någonstans däremellan. Jonmotorer går tillbaka till minst 1959. Två jonmotorer testades till och med 1964 på den amerikanska SERT 1-satelliten - den ena var framgångsrik, den andra inte.
Principen är helt enkelt konventionell fysik - du tar en gas och du joniserar den, vilket innebär att du ger den en elektrisk laddning. Detta skapar positivt laddade joner av gas, tillsammans med elektroner. Den joniserade gasen passerar genom ett elektriskt fält eller en skärm på baksidan av motorn och jonerna lämnar motorn, vilket ger ett tryck i motsatt riktning.
Mycket bränsleeffektivt
I järnmotorer som drivs i nära utrymme skjuter jonmotorer ut drivgas mycket snabbare än en kemisk raketstråle. De levererar därför ungefär tio gånger så mycket drivkraft per kilo drivmedel som används, vilket gör dem mycket "bränsleeffektiva".
Även om de är effektiva, är jonmotorer mycket låga tryckkraftanordningar. Mängden tryck du får för mängden drivmedel som används är mycket bra, men de pressar inte så mycket starkt. Till exempel kunde astronauter aldrig använda dem för att ta bort ytan på en planet. En gång i rymden kunde de dock använda dem för att manövrera sig om de inte har bråttom att snabbt accelerera. Varför? Ion-enheter kan ha höga hastigheter i rymden, men de behöver mycket långt för att bygga upp till sådana hastigheter över tid.
Avslappnad fördel
Jonmotorer arbetar med sin magi på ett lugnt sätt. Elektriska kanoner påskyndar jonerna. Om kraften för denna acceleration kommer från rymdfarkostens solpaneler, kallar forskare det "solelektrisk framdrivning". Solpaneler av den storlek som vanligtvis används på nuvarande rymdfarkoster kan bara leverera några kilowatt kraft.
En solmotordriven jonmotor kunde därför inte tävla med den stora drivkraften hos en kemisk raket. En typisk kemisk raket brinner emellertid bara i några minuter, medan en jonmotor kan fortsätta trycka försiktigt i månader eller till och med år - så länge solen skiner och utbudet av drivmedel varar.
En annan fördel med skonsamt tryck är att det tillåter mycket noggrann rymdfarkostkontroll, mycket användbar för vetenskapliga uppdrag som kräver mycket exakt målpekning.
Att säkerställa ESA: s plats i rymden
Ingenjörer testade en jonmotor som ett huvudframdrivningssystem för första gången med NASA: s Deep Space 1-uppdrag mellan 1998 och 2001. ESA: s SMART-1-uppdrag, som kommer att lanseras i slutet av augusti 2003, kommer att gå till månen och visa mer subtila operationer av den typ som behövs i framtida långväga uppdrag. Dessa kommer att kombinera solelektrisk framdrivning med manövrer med hjälp av planeten och månens allvar för första gången.
SMART-1 kommer att säkerställa Europas oberoende i användningen av jonframdrivning. Andra rymdvetenskapliga uppdrag förväntas använda jonmotorer för komplexa manövrer nära jordens bana. Till exempel kommer ESA: s uppdrag LISA att upptäcka gravitationsvågor som kommer från det avlägsna universum. ESA: s framtida uppdrag till planeterna kommer också att använda jonmotorer för att skicka dem på väg.
Nu vetenskap faktum
De nuvarande verkligheterna med solelektrisk framdrivning kanske inte matchar filmmagin från sci-fi-filmer med rymdskepp som flyger runt på våra bioskärmar. ESA: s arbete med SMART-1 och framtida uppdrag är dock att se till att jon-enheter nu är ett vetenskapligt faktum än science fiction.
Originalkälla: ESA News Release
