Bränsleeffektiva T6 Ion Thrusters skickar BepiColombo till Mercury före 2024

Det enklaste sättet att förklara utrymmeutforskningsfördelningen för en jonpropeller över en raket är att jämföra dem i enkel "Sköldpadda och Hare" -stilen: De snabbare av de två - i detta fall raketen - vinner inte alltid loppet.

"Haren är ett kemiskt framdrivningssystem och ett uppdrag där du kan bränna huvudmotorn i 30 minuter eller en timme och sedan för det mesta av uppdraget du kust", säger Michael Patterson, senior tekniker för NASAs rymdteknik för rymdteknik, Omvänd. "Med elektrisk framdrivning är det som sköldpaddan, genom att du går väldigt långsamt i den ursprungliga rymdhastigheten, men du sträcker kontinuerligt över en mycket lång varaktighet - många tusen timmar - och sedan hamnar rymdfarkosten upp ett mycket stort delta till hastighet.”

Ion thrusters kommer att användas i Europeiska rymdverkets (ESA) uppdrag till Mercury. BepiColombo (kanske den mest brittiska ljudande rymdfarkosten hittills) startar 2017, flyger genom Venus 2019 och 2020 och fångas av Mercury gravitation 2024.

Rumfartyget kommer att använda speciellt utformade T6-jon-thrusters som gör det möjligt för ESA att studera vår galaxs innersta planet under en uppdragstid på nästan sju år. Två orbitrar från ESA och den japanska rymdorganisationen (JAXA) som utplaceras av BepiColombo kommer också att kunna analysera planetens yta för ett jordår.

Logistiken för den långa resan skulle inte vara möjlig utan jonpropellerteknologi, vilken Patterson har utvecklat i flera år som designingenjör för NASA: s Deep Space 1 Dawn-uppdrag och principutredaren på NASAs framdrivningssystem Evolutionary Xenon Thruster (NEXT). Han säger att tekniken erbjuder mycket högre bränsleeffektivitet, möjligheten att gå på längre uppdrag (som den som utförts av BepiColombo) och en mindre kostnadslös övertagande startprocedur. För närvarande säger han att 50 procent av en rakets massa är avsedd för kemiska drivmedel.

"Med typiska raketstödare spenderar du hälften av ditt startfordon (massa) för att placera propellent i rymden för att kunna trycka vad som helst du vill skjuta till nästa plats, säger Patterson. "Genom att eliminera det kemiska framdrivningssystemet ombord på rymdfarkosten och sätta in elektrisk framdrivning, kan du ändra det här numret dramatiskt till kanske 10, 15 eller 20 procent av den totala massan."

Gridded elektrostatiska jonstrålare, som T6, använder xenongas som drivmedel. ESA framdrivningsingenjör Neil Wallace sa i en släpp att, med tanke på "samma massa av drivmedel", kan T6-thrustrarna till och med accelerera till en hastighet "15 gånger större än en konventionell kemikaliepropeller".

Att komma fram till kostnadseffektiva sätt att starta raketer har naturligtvis varit fokus för SpaceX, eftersom det Elon Musk-grundade företaget nyligen visat att det skulle kunna återanvända raketer och landa dem på dronor i havet.

Jonframdrivning, som kommer att vara en välsignelse för utforskning av bränsleutgifter för rymden, har dock utvecklats till "glacial" hastigheter, paterson pekar ut.

"Ansökningsgraden för tekniken från NASA och av Europeiska rymdorganisationen ligger i en ganska låg takt", säger han. "Om vi ​​pratar om konsumentelektronik, mellan koncept och tillämpning, tar det nio till tolv månader. Nästa jon framdrivningssystem, som ersätter de motorer jag byggt och testat för 15 år sedan i månaden; vi pratar om den tidigaste tillämpningen av den som händer 2021."

NASA, den här veckan, tilldelade det Kalifornienbaserade företaget Aerojet Rocketdyne ett kontrakt på 67 miljoner dollar om 36 månaders kontrakt för att utveckla soldrivna jonmotorer, vilket skulle kunna förlänga uppdragslivet än längre än de högeffektiva bränsledrivna jonmotorerna ombord på BepiColombo.

För tillfället kommer de T6-jonstrålare som driver EASs BepiColombo-resa tillsammans med lite hjälp från solkraft och kemiska drivmedelstryckare att vara resursfullt för att styra rymdfarkosten för hela sjuåriga uppdraget, medan forskare tidigare har haft att förlita sig på slanghotmetoden med hjälp av en planetens gravitationstryck - Martianen stil.

EAS: s uppdrag är snabbt närmar sig och byrån har precis avslutat provningen av de nya T6-thrustrarna, som är den större bror till T5, denna vecka. Patterson säger att NASA också kommer att genomföra flera jonbaserade uppdrag i 2020-talet.

Patterson säger att NASA redan har gjort orbitalövervakning av alla "relativt lätta" föremål med kemisk framdrivning, men det kommer att behöva jonsystem för att nå de högre värdena, till exempel mindre, längre nåande månar och asteroider som är svårare att bana utan stadiga korrigerande förmågor hos en jonpropeller.

"Nu kommer du till mer intressant vetenskap som att komma in i orterna av månen Saturnus eller Jupiter eller Mars och göra spännande vetenskap där det finns potential att testa livet på annat håll", säger Patterson. "Det är vetenskapligt högvärdesmål men de är verkligen svåra att göra från en framdrivningspunkt."