مقايضة الوقت بالوقود سريع
الجرّار الفضائي المزود بمحرك أيوني يتسارع ببطء، لكنه يستهلك وقوداً قليلاً جداً. للانتقال من مدار إلى آخر، يجب حل مسألة صعبة: كم من الوقت يجب تشغيل المحرك وإلى أين يجب توجيهه؟ عادةً ما يُبحث عن أسرع رحلة بكتلة معينة للمركبة. مؤلفو الدراسة الجديدة قلبوا الشرط: فهم يسألون ما هي الكتلة الابتدائية القصوى إذا كان زمن الرحلة محدداً مسبقاً.
سُمي هذا النهج بمسألة الكتلة الابتدائية العظمى. رياضياً، يشبه البحث عن أسرع رحلة، لكن بإشارة مختلفة. اتضح أن لكل مسار أسرع نسخة مقابلة محدودة بالكتلة، والعكس صحيح. وهذا يسمح باستخدام الحلول المعروفة لبناء مسارات جديدة — بشكل أكثر سلاسة وموثوقية.
اختُبرت الطريقة على مثال كلاسيكي: نقل قمر صناعي من مدار إهليلجي مرتفع إلى المدار الجغرافي الثابت (مدار دائري على ارتفاع حوالي 36 000 كم). لم تؤكد الحسابات المسار الأسرع المعروف فحسب، بل وجدت أيضاً فروعاً إضافية للحلول. بعضها كان يُعتقد سابقاً أنه الأسرع، لكنه في الواقع تبين أنه الأبطأ بين الممكنة عند نفس الكتلة الابتدائية.
المحرك الأيوني ينتج الدفع عن طريق تسريع الجسيمات المشحونة بحقل كهربائي. قوة الدفع ضئيلة — تقريباً مثل وزن ورقة على راحة اليد، لكنه يعمل لأشهر ويوفر الوقود بعشرات المرات أفضل من المحركات الكيميائية.
في رواية «المريخي» لأندي وير، يعمل المحرك الأيوني لسفينة «هيرميس» لسنوات، مسرعاً المكوك بين الكواكب ببطء ولكن بثبات — وهي الحالة التي تكون فيها الكتلة وتوفير الوقود أكثر أهمية من السرعة.