Quando pensamos em viagens espaciais, tendemos a imaginar um enorme foguete decolando da Terra, com enormes correntes de fogo e fumaça saindo do fundo, enquanto a enorme máquina luta para escapar da gravidade da Terra. Mas uma vez que uma nave espacial rompeu seu vínculo gravitacional com a Terra, temos outras opções para alimentá-las. A propulsão iônica, há muito sonhada em ficção científica, agora é usada para enviar sondas e naves espaciais em longas viagens pelo espaço.
A NASA começou a pesquisar a propulsão iônica na década de 1950. Em 1998, a propulsão a íons foi usada com sucesso como o principal sistema de propulsão em uma espaçonave, alimentando o Deep Space 1 (DS1) em sua missão ao asteróide 9969 Braille e ao cometa Borrelly. O DS1 foi projetado não apenas para visitar um asteróide e um cometa, mas também para testar doze tecnologias avançadas de alto risco, entre elas o próprio sistema de propulsão de íons.
Os sistemas de propulsão iônica geram uma pequena quantidade de empuxo. Segure nove quartos na sua mão, sinta a gravidade da Terra puxá-los e você terá uma idéia do pouco impulso que eles geram. Eles não podem ser usados para o lançamento de naves espaciais de corpos com forte gravidade. Sua força reside em continuar gerando impulso ao longo do tempo. Isso significa que eles podem atingir velocidades máximas muito altas. Os propulsores de íons podem impulsionar a espaçonave a velocidades acima de 320.000 kp / h (200.000 mph), mas eles devem estar em operação por um longo tempo para atingir essa velocidade.
Um íon é um átomo ou molécula que perdeu ou ganhou um elétron e, portanto, possui uma carga elétrica. Portanto, a ionização é o processo de carga de um átomo ou molécula, adicionando ou removendo elétrons. Uma vez carregado, um íon desejará se mover em relação a um campo magnético. Esse é o cerne das unidades de íons. Mas certos átomos são mais adequados para isso. As unidades de íons da NASA geralmente usam xenônio, um gás inerte, porque não há risco de explosão.
Em uma unidade de íons, o xenônio não é um combustível. Não é queimado e não possui propriedades inerentes que o tornam útil como combustível. A fonte de energia para uma unidade de íons precisa vir de outro lugar. Essa fonte pode ser eletricidade de células solares ou eletricidade gerada a partir de calor em decomposição de um material nuclear.
Os íons são criados bombardeando o gás xenônio com elétrons de alta energia. Uma vez carregados, esses íons são atraídos por um par de grades eletrostáticas - chamadas lentes - por suas cargas, e são expelidos para fora da câmara, produzindo empuxo. Essa descarga é chamada de feixe de íons e é novamente injetada com elétrons para neutralizar sua carga. Aqui está um pequeno vídeo mostrando como as unidades de íons funcionam:
Ao contrário de um foguete químico tradicional, onde seu impulso é limitado pela quantidade de combustível que pode transportar e queimar, o impulso gerado por um íon é limitado apenas pela força de sua fonte elétrica. A quantidade de propulsor que uma embarcação pode transportar, neste caso xenônio, é uma preocupação secundária. A sonda Dawn da NASA usou apenas 10 onças de propulsor de xenônio - menos de uma lata de refrigerante - por 27 horas de operação.
Em teoria, não há limite para a força da fonte elétrica que alimenta o inversor, e está sendo feito um trabalho para desenvolver propulsores de íons ainda mais poderosos do que atualmente. Em 2012, o Evolutionary Xenon Thruster da NASA (NEXT) operou a 7000w por mais de 43.000 horas, em comparação com o íon no DS1 que usava apenas 2100w. PRÓXIMO, e os projetos que a superarão no futuro, permitirão à espaçonave realizar missões prolongadas para vários asteróides, cometas, planetas exteriores e suas luas.
As missões que usam propulsão iônica incluem a missão Dawn da NASA, a missão japonesa Hayabusa ao asteróide 25143 Itokawa e as próximas missões da ESA Bepicolombo, que seguirão para Mercury em 2017, e o LISA Pathfinder, que estudará ondas gravitacionais de baixa frequência.
Com o aprimoramento constante dos sistemas de propulsão iônica, essa lista só aumentará.
