La propulsión de plasma es una tecnología importante y eficiente utilizada para controlar naves espaciales para la observación de la Tierra, las comunicaciones y la exploración fundamental del espacio exterior.
Los sistemas de propulsión de plasma utilizan energía eléctrica para ionizar el gas propulsor y transformarlo en el cuarto estado de la materia, conocido como plasma. Los iones y electrones cargados eléctricamente se aceleran en un haz de escape para generar empuje y propulsar la nave espacial.
Los conceptos de propulsión eléctrica más establecidos, por ejemplo, propulsores de iones cuadriculados, aceleran y emiten una mayor cantidad de partículas cargadas positivamente que aquellas con carga negativa. Para permitir que la nave espacial permanezca neutral en carga, se usa un "neutralizador" para inyectarelectrones para equilibrar exactamente la carga de iones positivos en el haz de escape. Sin embargo, el neutralizador requiere energía adicional de la nave espacial y aumenta el tamaño y el peso del sistema de propulsión.
Un equipo de la Universidad de York y École Polytechnique está investigando cómo se puede eliminar por completo el neutralizador. Los investigadores informan sus hallazgos esta semana en la revista Física de plasma , de AIP Publishing.
En 2014, Dmytro Rafalskyi y Ane Aanesland del Laboratorio de Física de Plasma, École Polytechnique, Francia demostraron un nuevo concepto de propulsión eléctrica. El concepto, llamado Neptuno, aprovecha el patrimonio tecnológico de los propulsores de iones en rejilla. Sin embargo, como números comparables departículas cargadas positiva y negativamente están presentes en el haz de escape, ya no se necesita el neutralizador.
Para desarrollar aún más el concepto de Neptuno hacia los vuelos espaciales, los investigadores estaban interesados en comprender cómo interactúa el plasma con el sistema de aceleración para que se genere un haz de carga neutral. Se unieron con James Dedrick y Andrew Gibson del York Plasma Institute,Universidad de York, Reino Unido, para estudiar cómo varía el comportamiento del plasma en relación con la ubicación espacial, el tiempo y la energía de las partículas.
"La observación directa de cómo se comportan las especies energéticas de plasma en escalas de tiempo de nanosegundos en el haz de Neptuno nos ayudará a controlar mejor los procesos que sustentan la neutralización", dijo Dedrick.
Como parte de su investigación, los investigadores estudiaron la dinámica de los electrones energéticos cargados negativamente en el haz de escape del propulsor y se observó que su comportamiento desempeña un papel clave en la neutralización del haz.
"Creemos que esto surge de una interacción compleja entre el plasma y las rejillas de aceleración, que depende en gran medida de la dinámica de las partículas cercanas a la superficie de la rejilla", dijo Dedrick.
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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