محركات الأيونات Ion Drives

 محركات الأيونات Ion Drives

هي نوع من المحركات الكهربائية لأجسام الفضاء (كالأقمار الصناعية) تتفوق على المحركات الكيميائية التقليدية. فالمحركات الكيميائية تعطي قوة دفع هائلة لكن قصيرة يحترق بعدها الوقود، بينما تعطي محركات الأيونات دفع قليل لكن مستمر لأسابيع وشهور. فكيف تعمل؟

لكل من نسي أساسيات المدرسة، أذكركم أن الأيونات هي ذرات مشحونة. فإذا إكتسبت الذرة إلكترون تصبح أيون سالب وإذا فقدت إلكترون تصبح أيون موجب. هنالك الكثير من الذرات التي يمكن تحويلها لآيونات، لكن الأكثر إستخداماً في مركبات الفضاء هي ذرة الزينون Xenon، وهو غاز نبيل وثقيل 

يتم إطلاق ذرة زينون لقلب المحرك، ثم إطلاق إلكترون ليصطدم بها. يؤدي الإصطدام لتحرير أحد إلكترونات ذرة الزينون من مدارها الأخير لتصبح أيون موجب. ثم تنجذب الإلكترونات لجدار المحرك العلوي والسفلي ذات الجهد الموجب بينما تتحرك ذرات الزينون لجدار المحرك الخلفي

تحرك أيونات الزينون الموجبة لجدار المحرك الخلفي هو نتيجة إصطدامها بالإلكترون سابقاً وتنافرها من بعضها البعض. يتكون الجدار الخلفي من صفيحتين أحدهما تحمل شحنة موجبة والأخرى سالبة تعملان كمدفع كهربائي يقذف أيون الزينون بقوة للخارج.

وبإستخدام قانون نيوتن الثالث (لكل قوة، قوة معاكسة بالإتجاه) يتحرك الجسم الفضائي للأمام في إتجاه معاكس لإتجاه قذف أيونات الزينون. وهنا تأتي الفائدة من كتلة ذرة الزينون الكبيرة التي تعطيها قوة إنطلاق أكبر بفعل كتلتها (تذكر أن F=ma) 

لكن لتجنب عودة أيون الزينون الموجب وإنجذابه للجدران السالبة الخارجية لمحرك الأيونات، يتم أيضاً إطلاق الإلكترونات التي كانت قد إنجذبت لسطح المحرك لخارج المحرك في نفس إتجاه أيونات الزينون الموجبة لتعادلها فلا تعود للمحرك وتُفقده قوة حركته

●لماذا لا نستخدمها في محركات السيارات!؟

قوة هذا المحرك ضعيفة جداً لكنها تتراكم (تسبب تسارع) في الفضاء. أما على الأرض فالإحتكاك مع الأرض والهواء  يضعف المحرك بشكل كبير. محرك الأيونات يحتاج ليومين لكي يصل سرعة سيارة لسرعة الشوارع الرئيسية (80-100 كيلومتر/ساعة) هذا إذا كانت السيارة موضوعة في فراغ تام