Apabila kita memikirkan perjalanan angkasa, kita cenderung membayangkan roket besar meletup dari Bumi, dengan letupan besar api dan asap keluar dari dasar, ketika mesin besar itu berusaha untuk melepaskan diri dari graviti Bumi. Tetapi setelah kapal angkasa memutuskan ikatan graviti dengan Bumi, kita mempunyai pilihan lain untuk menggerakkannya. Dorongan Ion, yang lama diimpikan dalam fiksyen sains, kini digunakan untuk menghantar penyelidikan dan kapal angkasa dalam perjalanan panjang melalui angkasa.
NASA mula-mula meneliti pendorong ion pada tahun 1950-an. Pada tahun 1998, pendorong ion berjaya digunakan sebagai sistem pendorong utama pada kapal angkasa, menggerakkan Deep Space 1 (DS1) dalam misinya ke asteroid 9969 Braille dan Comet Borrelly. DS1 dirancang bukan hanya untuk mengunjungi asteroid dan komet, tetapi juga untuk menguji dua belas teknologi maju, berisiko tinggi, yang utama di antaranya adalah sistem pendorong ion itu sendiri.
Sistem penggerak ion menghasilkan sedikit daya tujahan. Pegang sembilan perempat di tangan anda, rasakan tarikan graviti Bumi, dan anda mempunyai idea betapa kecilnya daya tarikan yang dihasilkannya. Mereka tidak dapat digunakan untuk melancarkan kapal angkasa dari badan dengan graviti yang kuat. Kekuatan mereka terletak pada terus menghasilkan daya tarikan dari masa ke masa. Ini bermaksud bahawa mereka dapat mencapai kelajuan tertinggi yang sangat tinggi. Penggerak ion dapat mendorong kapal angkasa dengan kelajuan lebih dari 320,000 kp / jam (200,000 mph), tetapi mereka mesti beroperasi dalam jangka masa yang lama untuk mencapai kelajuan tersebut.
Ion adalah atom atau molekul yang telah kehilangan atau memperoleh elektron, dan oleh itu mempunyai muatan elektrik. Jadi pengionan adalah proses memberi muatan kepada atom atau molekul, dengan menambahkan atau mengeluarkan elektron. Setelah dicas, ion akan mahu bergerak berhubung dengan medan magnet. Itu adalah inti dari pemacu ion. Tetapi atom tertentu lebih sesuai untuk ini. Pemacu ion NASA biasanya menggunakan xenon, gas lengai, kerana tidak ada risiko letupan.
Dalam pemacu ion, xenon bukan bahan bakar. Ia tidak terbakar, dan tidak mempunyai sifat melekat yang menjadikannya berguna sebagai bahan bakar. Sumber tenaga untuk pemacu ion mesti datang dari tempat lain. Sumber ini boleh menjadi elektrik dari sel suria, atau elektrik yang dihasilkan dari haba pereputan dari bahan nuklear.
Ion dicipta dengan mengebom gas xenon dengan elektron bertenaga tinggi. Setelah dicas, ion-ion ini ditarik melalui sepasang grid elektrostatik — disebut lensa — oleh casnya, dan dikeluarkan dari ruang, menghasilkan daya tuju. Pelepasan ini disebut sinar ion, dan sekali lagi disuntik dengan elektron, untuk meneutralkan casnya. Berikut adalah video pendek yang menunjukkan cara pemacu ion berfungsi:
Tidak seperti roket kimia tradisional, di mana daya tujunya dibatasi oleh berapa banyak bahan bakar yang dapat dibawa dan dibakar, daya tuju yang dihasilkan oleh pemacu ion hanya dibatasi oleh kekuatan sumber elektriknya. Jumlah bahan bakar yang dapat dibawa oleh kraf, dalam hal ini xenon, menjadi perhatian kedua. Kapal angkasa Dawn NASA hanya menggunakan 10 auns bahan pendorong xenon — yang kurang dari kaleng soda — selama 27 jam beroperasi.
Secara teori, tidak ada batasan kekuatan sumber elektrik yang menggerakkan pemacu, dan kerja sedang dilakukan untuk mengembangkan pemacu ion yang lebih kuat daripada yang kita miliki sekarang. Pada tahun 2012, Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) NASA beroperasi pada 7000 w selama lebih dari 43,000 jam, berbanding dengan pemacu ion pada DS1 yang hanya menggunakan 2100 w. SETERUSNYA, dan reka bentuk yang akan melaluinya di masa depan, akan membolehkan kapal angkasa meneruskan misi ke pelbagai asteroid, komet, planet luar, dan bulan mereka.
Misi menggunakan dorongan ion termasuk misi DASA NASA, misi Hayabusa Jepun ke asteroid 25143 Itokawa, dan misi ESA Bepicolombo yang akan datang, yang akan menuju ke Mercury pada tahun 2017, dan LISA Pathfinder, yang akan mengkaji gelombang graviti frekuensi rendah.
Dengan peningkatan berterusan dalam sistem pendorong ion, senarai ini hanya akan bertambah.
