우주 여행을 생각할 때, 우리는 거대한 기계가 지구의 중력을 피하기 위해 고군분투하면서 엄청난 불의 연기와 연기가 바닥에서 나오는 거대한 로켓이 지구에서 폭발하는 경향이 있습니다. 그러나 일단 우주선이 지구와 중력의 유대를 깨뜨린 후에는 다른 힘을 사용할 수있는 옵션이 있습니다. 공상 과학 소설에서 오랫동안 꿈꿔 왔던 이온 추진은 이제 우주를 통한 긴 여행에서 프로브와 우주선을 보내는 데 사용됩니다.
NASA는 1950 년대에 처음으로 이온 추진을 연구하기 시작했습니다. 1998 년, 이온 추진은 우주선의 주요 추진 시스템으로 성공적으로 사용되어 소행성 9969 점자 및 혜성 보렐리에 대한 임무를 수행하면서 딥 스페이스 1 (DS1)을 강화했습니다. DS1은 소행성과 혜성을 방문 할뿐만 아니라 이온 추진 시스템 자체의 12 가지 고급 고위험 기술을 테스트하도록 설계되었습니다.
이온 추진 시스템은 소량의 추력을 발생시킵니다. 당신의 손에 9/4를 붙잡고 지구의 중력이 그들을 느끼는 것을 느끼십시오. 중력이 강한 몸에서 우주선을 발사하는 데 사용할 수 없습니다. 그들의 힘은 시간이 지남에 따라 추력을 계속 생성하는 데 있습니다. 즉, 최고 속도를 달성 할 수 있습니다. 이온 스러 스터는 우주선을 320,000 kp / h (200,000 mph) 이상의 속도로 추진할 수 있지만, 그 속도를 달성하려면 오랜 시간 동안 작동해야합니다.
이온은 전자를 잃거나 얻었으므로 전하를 갖는 원자 또는 분자입니다. 따라서 이온화는 전자를 추가하거나 제거하여 원자 또는 분자에 전하를 공급하는 과정입니다. 일단 충전되면, 이온은 자기장과 관련하여 움직이기를 원할 것입니다. 이것이 이온 드라이브의 핵심입니다. 그러나 특정 원자가 이에 더 적합합니다. NASA의 이온 드라이브는 일반적으로 폭발 위험이 없으므로 불활성 가스 인 크세논을 사용합니다.
이온 드라이브에서 크세논은 연료가 아닙니다. 연소되지 않으며 연료로 유용하게 사용할 수있는 고유 속성이 없습니다. 이온 드라이브의 에너지 원은 다른 곳에서 와야합니다. 이 원천은 태양 전지의 전기 또는 핵 물질의 부패 열에서 생성 된 전기 일 수 있습니다.
이온은 고 에너지 전자로 크세논 가스에 충격을가함으로써 생성됩니다. 일단 충전되면, 이들 이온은 전하로 렌즈라고 불리는 한 쌍의 정전기 그리드를 통해 끌어 당겨 챔버 밖으로 방출되어 추력을 발생시킵니다. 이 방전을 이온빔이라고하며, 전자를 다시 주입하여 전하를 중화시킵니다. 다음은 이온 구동 방식을 보여주는 짧은 비디오입니다.
운반 및 연소 할 수있는 연료의 양에 의해 추력이 제한되는 전통적인 화학 로켓과 달리, 이온 드라이브에 의해 생성 된 추력은 전원의 강도에 의해서만 제한됩니다. 선박이 운반 할 수있는 추진제의 양,이 경우 크세논은 부차적 인 관심사입니다. NASA의 Dawn 우주선은 27 시간 동안 10 온스의 크세논 추진제 (소다 캔보다 적은 양) 만 사용했습니다.
이론적으로, 드라이브에 전원을 공급하는 전원의 강도에는 제한이 없으며 현재 보유하고있는 것보다 훨씬 강력한 이온 스러 스터를 개발하기위한 작업이 진행되고 있습니다. 2012 년 NASA의 Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)는 2100w 만 사용하는 DS1의 이온 드라이브와 비교하여 43,000 시간 이상 동안 7000w에서 작동했습니다. NEXT와 미래를 능가하는 디자인은 우주선이 여러 소행성, 혜성, 외계 행성 및 위성에 대한 확장 된 임무를 수행 할 수있게합니다.
이온 추진을 사용하는 임무에는 NASA의 Dawn 임무, 소행성 25143 이토 카와에 대한 일본 하야부사 임무, 2017 년 머큐리로 향할 예정인 ESA 임무 Bepicolombo 및 저주파 중력파를 연구하는 LISA Pathfinder가 포함됩니다.
이온 추진 시스템의 지속적인 개선으로이 목록은 계속 증가 할 것입니다.
