Afbeelding tegoed: ESA
De SMART-1-missie van de European Space Agency zal een revolutionaire ionengine gebruiken om te helpen zoeken naar bewijs dat de maan is gevormd na een gewelddadige botsing van een kleinere planeet met de aarde. Een ionenmotor werkt door geïoniseerde gasdeeltjes gedurende maanden of zelfs jaren in een constante stroom te versnellen. Hoewel de stuwkracht erg laag is, is hij zeer efficiënt en vereist hij een fractie van de brandstof die traditionele raketten gebruiken.
Fans van sciencefictionfilms weten dat als je korte afstanden van je thuisplaneet wilt reizen, je een sublight ‘ion drive’ zou gebruiken. Is zo'n ion echter sciencefiction of wetenschappelijk feit?
Het antwoord ligt ergens tussenin. Ionenmotoren dateren uit minstens 1959. Twee ionenmotoren werden zelfs getest in 1964 op de Amerikaanse SERT 1-satelliet - de ene was succesvol, de andere niet.
Het principe is gewoon conventionele fysica - je neemt een gas en je ioniseert het, wat betekent dat je het een elektrische lading geeft. Dit creëert positief geladen gasionen, samen met elektronen. Het geïoniseerde gas gaat door een elektrisch veld of scherm aan de achterkant van de motor en de ionen verlaten de motor en produceren een stuwkracht in de tegenovergestelde richting.
Zeer zuinig
In het bijna vacuüm van de ruimte schieten ionenmotoren het drijfgas veel sneller uit dan de straal van een chemische raket. Ze leveren daarom ongeveer tien keer zoveel stuwkracht per kilogram gebruikt drijfgas, waardoor ze zeer ‘zuinig’ zijn.
Hoewel ze efficiënt zijn, zijn ionenmotoren apparaten met een zeer lage stuwkracht. De hoeveelheid push die u krijgt voor de hoeveelheid gebruikte stuwstof is erg goed, maar ze pushen niet erg sterk. Astronauten zouden ze bijvoorbeeld nooit kunnen gebruiken om het oppervlak van een planeet op te stijgen. Eenmaal in de ruimte kunnen ze ze echter gebruiken om te manoeuvreren, als ze geen haast hebben om snel te accelereren. Waarom? Ionenaandrijvingen kunnen in de ruimte hoge snelheden halen, maar ze hebben een zeer lange afstand nodig om na verloop van tijd dergelijke snelheden op te bouwen.
Ontspannen voordeel
Ionenmotoren werken op een ontspannen manier hun magie. Elektrische pistolen versnellen de ionen. Als de kracht voor deze versnelling afkomstig is van de zonnepanelen van het ruimtevaartuig, noemen wetenschappers het ‘zonne-elektrische voortstuwing’. Zonnepanelen van het formaat dat typisch wordt gebruikt op het huidige ruimtevaartuig, kunnen slechts een paar kilowatt aan stroom leveren.
Een op zonne-energie werkende ionenmotor kon daarom niet concurreren met de grote stuwkracht van een chemische raket. Een typische chemische raket brandt echter maar een paar minuten, terwijl een ionenmotor maanden of zelfs jaren zachtjes kan blijven duwen - zolang de zon maar schijnt en de voorraad drijfgas blijft bestaan.
Een ander voordeel van zachte stuwkracht is dat het een zeer nauwkeurige besturing van ruimtevaartuigen mogelijk maakt, erg handig voor wetenschappelijke missies die een zeer nauwkeurige doelaanwijzing vereisen.
Zorgen voor de plaats van ESA in de ruimte
Ingenieurs hebben voor het eerst een ionenmotor getest als belangrijkste voortstuwingssysteem met behulp van NASA's Deep Space 1-missie tussen 1998 en 2001. ESA's SMART-1-missie, die naar verwachting eind augustus 2003 wordt gelanceerd, zal naar de maan gaan en subtielere operaties demonstreren van het soort dat nodig is voor toekomstige langeafstandsmissies. Deze combineren zonne-elektrische voortstuwing met manoeuvres waarbij voor het eerst gebruik wordt gemaakt van de zwaartekracht van planeten en manen.
SMART-1 zorgt voor de onafhankelijkheid van Europa bij het gebruik van ionenvoortstuwing. Andere ruimtevaartmissies zullen ionenmotoren gebruiken voor complexe manoeuvres dichtbij de baan van de aarde. ESA's missie LISA zal bijvoorbeeld gravitatiegolven detecteren die uit het verre heelal komen. ESA's toekomstige missies naar de planeten zullen ook ionenmotoren gebruiken om ze op weg te sturen.
Nu wetenschappelijk feit
De huidige realiteit van zonne-elektrische voortstuwing komt mogelijk niet overeen met de filmmagie van scifi-films met ruimtevaartuigen die rondvliegen op onze bioscoopschermen. ESA's werk aan SMART-1 en toekomstige missies zorgt er echter voor dat ionenaandrijvingen nu meer een wetenschappelijk feit zijn dan science fiction.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
