De ionenmotor: van sciencefiction tot werkelijkheid
Onderzoekers eisen steeds meer van ruimtemissies naar andere werelden in het zonnestelsel en nog verder en de tekortkomingen van de traditionele rakettechnologie worden daarbij alsmaar duidelijker. Daarom ontwikkelt ESA een meer 'verstandige' manier om door de ruimte te reizen. De ionenmotor kan het begin zijn van een heel nieuw tijdperk bij de verkenning van de ruimte.
De nieuwe motor van ESA werkt op elektrische voortstuwing. Hij verbrandt geen brandstof zoals traditionele chemische raketten, maar zet met behulp van zonnepanelen zonlicht om in elektriciteit, waarmee zware gasatomen elektrisch geladen worden. Die versnellen aan hoge snelheid en stuwen op die manier een ruimtetuig voort.
Chemische raketten stuwen gassen, die bij verbranding van brandstof ontstaan, in vergelijking met elektrische motoren relatief traag naar buiten. Bij een ionenmotor wordt het gas met grote snelheden naar buiten gestoten, waardoor het in het algemeen efficiënter werkt. Er is dus minder 'brandstof' nodig.
Ionenmotoren behoorden lang tot het domein van de sciencefiction, maar bij ESA zijn ze nu realiteit. Een kleine ionenmotor aan boord van Artemis helpt deze communicatiesatelliet zijn geplande baan rond de aarde te bereiken. En begin 2003 vertrekt SMART 1 vanaf Europa's 'ruimtehaven' in Kourou (Frans Guyana). Eenmaal in de ruimte zal deze kleine sonde een ionenmotor gebruiken om de maan te bereiken.
De ionenmotor is niet zomaar een nieuwe soort motor. Doordat hij zo efficiënt werkt zijn vroeger ondenkbare missies nu wel mogelijk. Zo zal SMART 1 met behulp van zijn ionenmotor en de aantrekkingskracht van de maan essentiële manoeuvres uitproberen voor de BepiColombo-missie naar Mercurius, die in 2012 wordt gelanceerd. Volgens SMART 1-projectmanager Giuseppe Racca "kan men met chemische voortstuwing alleen voorbij de planeet vliegen of er in een zeer uitgerekte baan omheen draaien. Als men in een lage baan rond Mercurius wil komen en de planeet goed wil waarnemen, dan is dat alleen met elektrische voortstuwing mogelijk."
Ook Solar Orbiter, gelanceerd rond dezelfde tijd, zal elektrische voortstuwing aan boord hebben. Solar Orbiter zal zijn ionenmotor gebruiken om zich uit het ecliptica-vlak te bewegen, waarin de planeten rond de zon draaien, en aldus de hoge breedten van de zon kunnen bestuderen.
Ionenmotoren moeten niet zo veel 'brandstof' meenemen en daarom is er ook plaats voor meer wetenschappelijke instrumenten. En aangezien de afmetingen van de apparatuur almaar kleiner wordt, nemen ook de afmetingen en massa van ruimtetuigen af.
"Elektrische voortstuwing met behulp van de zon legt de weg open voor de verkenning van de binnenste regionen van het zonnestelsel, want daar kan men de zon gebruiken als bron van voortstuwing", zegt Racca. Op grotere afstanden van de zon, waar het zonlicht zwakker is, is een andere energiebron nodig zoals een nucleaire generator.
Voor Racca is dit de volgende logische technologische stap. "We kunnen naar de Kuiper-gordel gaan en zelfs nog verder." De Kuiper-gordel strekt zich uit voorbij de planeet Pluto. Voor veel onderzoekers is dit een droombestemming, want hij bevat kometen die sinds de vorming van het zonnestelsel onveranderd zijn gebleven. Daarbuiten bevindt zich een mysterieus rijk van magnetische velden en verdunde gassen. Astronomen willen dit gebied, bekend als de interstellaire ruimte, graag verkennen. Elektrische voortstuwing maakt een dergelijke missie mogelijk omdat een ionenmotor bijna constant kan 'draaien', waardoor hij uiteindelijk meer stuwkracht levert dan een chemische motor. "Elektrische voortstuwing in het algemeen, zowel met behulp van de zon als met een kernbron, zal werkelijk een nieuw tijdperk in de verkenning van het zonnestelsel inluiden", besluit Racca.
