Доктор Патрік Нойман з університету Сіднея в рамках своєї докторської дисертації справив розробку і виготовив експериментальний іонний двигун, який, згідно з наявною інформацією, виграє по ефективності у кращої розробки фахівців НАСА, у іонного двигуна High Power Electric Propulsion (HiPEP). І висока ефективність цього нового двигуна дозволить в недалекому майбутньому реалізувати концепцію, яка визначається фразою "на Марс і назад на одній заправці палива".
Іонні двигуни виробляють тягу, прискорюючи іони газоподібного палива за допомогою електричного або магнітного поля. На відміну від хімічних реактивних двигунів, які, спалюючи паливо, можуть виробляти сотні тонн сили тяги, іонні двигуни виробляють тягу, силою, еквівалентній масі невеликої монети. Однак, хімічні двигуни здатні пропрацювати лише кілька хвилин, в той час, як іонні двигуни здатні працювати безперервно протягом багатьох тисяч годин. І це означає, що космічні кораблі з іонними двигунами можуть розвивати в космосі швидкості, недосяжні для ракетних двигунів.
В даний час існує декілька типів іонних двигунів.
І в кожного з цих типів є свій ряд переваг і недоліків. Деякі з них надзвичайно прості, але мають низьку ефективність, інші, навпаки, здатні призвести більшу тягу, але вони вельми важкі і мають складну конструкцію. І різні групи вчених та інженерів постійно перебувають у пошуках оптимальної конструкції іонних двигунів, які засновані на нових принципах, здатних забезпечити їм максимальну ефективність.
Найефективнішими в нинішній час є електростатичні або електромагнітні іонні двигуни, які використовують інертні гази, наприклад, ксенон, в якості палива. Іонізація цього газу здійснюється за рахунок електронного бомбардування або радіочастотного збудження, іонізований газ, плазма, прискорюється за допомогою електростатичної сітки або магнітного поля. З цього типу двигунів максимальну ефективність демонструють двигуни на ефекті Холла, в яких використовується осьове електричне поле і радіальне магнітне поле. Магнітне поле утримує вільні електрони, які стикаються з атомами газу та іонізують їх. Сила магнітного поля підібрана таким чином, що воно може утримувати електрони,
а іони газу вільно проходять через нього і потрапляють в область прискорення.
У нинішній час рекордсменом по ефективності серед всіх іонних двигунів є двигун HiPEP НАСА. У ньому використовується порожнистий катод, що працює в камері типу електронного циклотрона, що забезпечує його потужність в 40 кВт при швидкості вилітає з сопла потоку газу в 90000 метрів в секунду.
Новий двигун Ноймана є двигуном з імпульсним катодом. Процеси, що працюють в цьому двигуні досить складні, але конструкція такого двигуна максимально проста. Перший подібний двигун був встановлений на невдалому радянському зонд-2, який був запущений в 1964 році. У надрах цього двигуна проводився нагрів пластмасовою "таблетки", яка скипала, виділяючи іонізований газ. Однак, у конструкції тих часів було безліч недоліків, що призвело до низької ефективності такого двигуна, більша частина газу, що виділяється не іонізований і попросту заважала розгону плазмового потоку.
Двигун Ноймана також працює на схожому принципі. Тільки всередині нього високовольтний електричний розряд пропускається через "паливну таблетку",
яка виступає в якості катода, випаровуючи з її поверхні деяку кількість матеріалу. Цей газоподібний матеріал іонізується, прискорюється і фокусується за допомогою магнітного поля, прямуючи в вихідне сопло двигуна.
Цей двигун має переваги перед двигунами на ефекті Холла. По-перше, такий двигун набагато простіше, і по-друге, він зможе працювати безперервно набагато довше. В якості палива двигун Ноймана може використовувати "таблетки" з магнію, титану, ванадію, молібдену і навіть з вуглецю. Під час випробувань експериментального двигуна було з'ясовано, що він поступається деяким іонним двигунам за кількістю вироблюваної тяги. Двигуни на ефекті Холла здатні виробляти 30-40 мкн / Вт, у той час, як двигун Ноймана виробляє 20 мкн / Вт, однак, з точки зору вироблюваного імпульсу сили, цей двигун більш ефективний.
В якості мірила кількості імпульсу береться час, який потрібно двигуну на викид палива, еквівалентного за масою імпульсу. У випадку системи HiPEP цей час одно 9600 (+/- 200) секунд, а двигун Ноймана робить це за 14690 (+/- 2000) секунд залежно від виду використовуваного палива.
Доктору Нойману потрібно ще якийсь час на подолання різних проблем технічного плану, що має призвести до збільшення тяги його двигуна і до ще більшого спрощення конструкції. І після цього новий двигун можна буде розглядати в якості засобу досягнення будь-якої точки Сонячної системи з відправною точкою в районі низької навколоземної орбіти.
