Как устроен ионный двигатель у Шаттлов

Бестолковый ролик.

Смысл ионного двигателя в том, что ионы можно ускорять почти до световой скорости (реально - не выше 1% с), в отличие от химических двигателей, где скорость струи не превышает единиц км/с. За счет высокой скорости тяга ионного двигателя получится сравнительно большой, несмотря на то, что масса выбрасываемого рабочего тела намного меньше, чем у химических ракет.

Ионник вовсе не обязательно должен использовать ксенон - это скорее вынужденное извращение от безысходности, желание использовать однородные ядра потяжелее и с минимальной химической активностью вследствие несовершенства технологии. Ксенон дорог, весьма дефицитен и его негде взять прямо в космосе.
Реально ионнику пофиг, какое вещество используется в качестве рабочего тела - хоть водород (но его трудно хранить в больших количествах), хоть камень (но его затратно переводить в состояние плазмы). Разница только в настройках ускорителя под конкретное вещество. С практической точки зрения оптимально использовать обыкновенную воду - ее в космосе дофига (половина тел, летающих по системе - лед), так что заправиться прямо в космосе не проблема, и достаточно удобна и безопасна в обращении, к тому же вода - хороший и дешевый щит против радиации. При ионизации вода расщепится на кислород (который к тому же нужен для жизнеобеспечения) и водород, а их уже можно разделить и ускорить.

Есть большие недостатки у ионников - весьма низкий КПД и охренительный расход электроэнергии (сейчас на уровне ~25 кВт на 1 ньютон тяги), плюс сложность ускорения разнородных атомов, плюс сложности с объемным зарядом. В существующих конструкциях ионников мощности бортовых источников питания (единицы, максимум - десятки киловатт) хватает либо на микромощные движки ориентации с длительной тягой (вот они как раз и проверены практически), либо на короткие и не слишком мощные импульсы после длительного накопления энергии (опробованы только прототипы для длительного разгона мелкими импульсами - Dawn, NEXT). Однако для серьезного применения ионных двигателей, способных хотя бы конкурировать с существующими химическими (с тягой ~20000 ньютонов на каждый горшок), нужны совсем другие мощности, без ядерного реактора не обойтись.