Ketika kita memikirkan perjalanan ruang angkasa, kita cenderung membayangkan sebuah roket besar yang meledak dari Bumi, dengan semburan api besar dan asap keluar dari dasar, ketika mesin besar itu berjuang untuk melepaskan diri dari gravitasi Bumi. Tapi begitu pesawat ruang angkasa telah memutuskan ikatan gravitasinya dengan Bumi, kita memiliki pilihan lain untuk memberi daya pada mereka. Tenaga penggerak ion, yang telah lama diimpikan dalam fiksi ilmiah, sekarang digunakan untuk mengirim pesawat ruang angkasa dan wahana dalam perjalanan panjang melalui ruang angkasa.
NASA pertama kali mulai meneliti propulsi ion pada 1950-an. Pada tahun 1998, propulsi ion berhasil digunakan sebagai sistem propulsi utama pada pesawat ruang angkasa, memberi daya Deep Space 1 (DS1) dalam misinya ke asteroid 9969 Braille dan Comet Borrelly. DS1 dirancang tidak hanya untuk mengunjungi asteroid dan komet, tetapi untuk menguji dua belas teknologi canggih yang beresiko tinggi, di antaranya adalah sistem propulsi ion itu sendiri.
Sistem propulsi ion menghasilkan sejumlah kecil dorongan. Pegang sembilan perempat di tangan Anda, rasakan gravitasi Bumi menariknya, dan Anda tahu betapa sedikit dorongan yang dihasilkannya. Mereka tidak dapat digunakan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa dari tubuh dengan gravitasi yang kuat. Kekuatan mereka terletak pada terus menghasilkan daya dorong dari waktu ke waktu. Ini berarti mereka dapat mencapai kecepatan tertinggi yang sangat tinggi. Pendorong ion dapat mendorong pesawat ruang angkasa ke kecepatan lebih dari 320.000 kp / jam (200.000 mph), tetapi mereka harus beroperasi untuk waktu yang lama untuk mencapai kecepatan itu.
Ion adalah atom atau molekul yang kehilangan atau memperoleh elektron, dan karenanya memiliki muatan listrik. Jadi ionisasi adalah proses memberi muatan pada atom atau molekul, dengan menambahkan atau menghilangkan elektron. Setelah diisi, sebuah ion ingin bergerak dalam kaitannya dengan medan magnet. Itu di jantung drive ion. Tetapi atom-atom tertentu lebih cocok untuk ini. Penggerak ion NASA biasanya menggunakan xenon, gas inert, karena tidak ada risiko ledakan.
Dalam drive ion, xenon bukan bahan bakar. Itu tidak terbakar, dan tidak memiliki sifat bawaan yang menjadikannya berguna sebagai bahan bakar. Sumber energi untuk penggerak ion harus berasal dari tempat lain. Sumber ini dapat berupa listrik dari sel surya, atau listrik yang dihasilkan dari panas peluruhan dari bahan nuklir.
Ion diciptakan dengan membombardir gas xenon dengan elektron energi tinggi. Setelah diisi, ion-ion ini ditarik melalui sepasang kisi-kisi elektrostatik — disebut lensa — dengan muatannya, dan dikeluarkan dari bilik, menghasilkan daya dorong. Pelepasan ini disebut berkas ion, dan sekali lagi disuntikkan dengan elektron, untuk menetralisir muatannya. Berikut video singkat yang menunjukkan cara kerja drive ion:
Tidak seperti roket kimia tradisional, di mana daya dorongnya dibatasi oleh berapa banyak bahan bakar yang dapat dibawa dan dibakar, daya dorong yang dihasilkan oleh penggerak ion hanya dibatasi oleh kekuatan sumber listriknya. Jumlah propelan yang dapat dibawa oleh kerajinan, dalam hal ini xenon, merupakan masalah sekunder. Pesawat ruang angkasa NASA Dawn hanya menggunakan 10 ons propelan xenon — yang kurang dari kaleng soda — selama 27 jam operasi.
Secara teori, tidak ada batasan untuk kekuatan sumber listrik yang menggerakkan drive, dan pekerjaan sedang dilakukan untuk mengembangkan pendorong ion yang bahkan lebih kuat daripada yang kita miliki saat ini. Pada 2012, Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) milik NASA beroperasi pada 7000w selama lebih dari 43.000 jam, dibandingkan dengan penggerak ion pada DS1 yang hanya menggunakan 2100w. NEXT, dan desain yang akan melampauinya di masa depan, akan memungkinkan pesawat ruang angkasa untuk melanjutkan misi diperpanjang ke beberapa asteroid, komet, planet luar, dan bulan-bulan mereka.
Misi yang menggunakan tenaga ion termasuk misi Dawn NASA, misi Hayabusa Jepang untuk asteroid 25143 Itokawa, dan misi ESA Bepicolombo yang akan datang, yang akan menuju ke Merkurius pada tahun 2017, dan LISA Pathfinder, yang akan mempelajari gelombang gravitasi frekuensi rendah.
Dengan peningkatan konstan dalam sistem propulsi ion, daftar ini hanya akan tumbuh.
