Погон плазме предмет је великог интересовања астронома и свемирских агенција. Као високо напредна технологија која нуди значајну ефикасност потрошње горива у односу на конвенционалне хемијске ракете, она се тренутно користи у свему, од свемирских летелица и сателита до истражних мисија. А гледајући у будућност, проточна плазма се такође истражује због напреднијих концепција погона, као и магнетно-фузијске фузије.
Међутим, чест проблем с погоном у плазми је чињеница да се он ослања на оно што је познато као "неутрализатор". Овај инструмент, који омогућава свемирским бродовима да остану неутрални на пуњење, додатни је трошак снаге. Срећом, тим истраживача са Универзитета у Иорку и Ецоле Политецхникуе истражују дизајн плазма потисника који би у потпуности елиминисао неутрализатор.
Студија која детаљно описује њихове резултате истраживања - под називом „Привремена динамика ширења проточних плазми убрзаних радио-фреквенцијским електричним пољима“ објављена је раније овог месеца у Физика плазме - часопис који је објавио Амерички институт за физику. Предвођени доктором Јамесом Дендриком, физичаром из Јорк института за плазму на Универзитету у Јорк-у, они представљају концепт саморегулирајућег потиска за плазму.
У основи, плаземски погонски системи ослањају се на електричну енергију за ионизацију погонског гаса и претварање у плазму (тј. Негативно наелектрисане електроне и позитивно наелектрисане јоне). Ти јони и електрони се затим убрзавају помоћу млазница мотора да би створили потисак и покренули свемирску летјелицу. Примери укључују Гриддед-ион и Халл-ефект потисник, оба су утврђене погонске технологије.
Гридден-јонски потисник први пут је тестиран у 1960-има и 70-има као део Програма свемирске електричне ракете (СЕРТ). Од тада га користе НАСА-е Давн мисије, која тренутно истражује Церес у главном појасу астероида. И у будућности, ЕСА и ЈАКСА планирају да употребе потисне мреже од железа како би покренули своју мисију БепиЦоломбо у Меркуру.
Слично томе, потискивачи Халл-ефекта истраживани су од 1960-их од стране НАСА-е и совјетских свемирских програма. Они су први пут коришћени као део мисије ЕСА-е Мале мисије за напредна истраживања у технологији-1 (СМАРТ-1). Ова мисија, која је покренута 2003. године и срушила се на месечеву површину три године касније, била је прва мисија ЕСА која је отишла на Месец.
Као што је напоменуто, свемирске летјелице које користе ове потиснике морају имати неутрализатор како би осигурале да остану "неутралан на пуњење". То је неопходно јер конвенционални плазма потисници стварају позитивније наелектрисане честице од негативно набијених. Као такви, неутрализатори убризгавају електроне (који носе негативан набој) да би одржали равнотежу између позитивних и негативних јона.
Као што можете претпоставити, ови електрони се генеришу помоћу електроенергетских система свемирске летјелице, што значи да је неутрализатор додатни трошак енергије. Додавање ове компоненте такође значи да ће сам погонски систем морати да буде већи и тежи. Да би се позабавили овим проблемом, тим компаније Политецхникуе из Иорк / Ецоле предложио је дизајн плазма потисника који сам по себи може остати неутралан.
Познат као мотор Нептуна, овај концепт су први пут демонстрирали 2014. године Дмитро Рафалскии и Ане Аанесланд, двоје истраживача из Лабораторија физике плазме Еколе Политехнике и коаутори на недавном раду. Као што су показали, концепт се заснива на технологији која се користи за прављење потисних јона, али успева да створи издувне гасове који садрже упоредиве количине позитивно и негативно набијених јона.
Како су објаснили током студије:
„Његов дизајн је заснован на принципу убрзања плазме, при чему се подударање екстракције јона и електрона постиже применом осцилирајућег електричног поља на оптичку мрежу убрзања. У традиционалним потисним јонским потисницима, јони се убрзавају помоћу одређеног извора напона за примену електричног поља директне струје (дц) између екстракционих мрежа. У овом раду се формира једносмерни напон једносмерне струје када се снага радио-фреквенције (рф) спаја са мрежама за екстракцију услед разлике у површини напајаних и уземљених површина у додиру са плазмом. "
Укратко, потисник ствара апликацију издувних гасова који су ефективно неутрални током пуњења радио-таласима. То има исти ефекат додавања електричног поља потиску и ефикасно уклања потребу за неутрализатором. Као што је утврђено у њиховој студији, Нептунов потисник је такође способан да ствара потисак који је упоредив са уобичајеним јонским потискивачем.
Како би још више унаприједили технологију, удружили су се са Јамесом Дедрицком и Андревом Гибсоном из Јорк института за плазму како би проучили како ће потисник радити у различитим условима. Са Дедрицком и Гибсоном на броду, почели су да проучавају како плазма сноп може да утиче на свемир и да ли ће то утицати на његов уравнотежени набој.
Открили су да је испушни сноп мотора играо велику улогу у одржавању неутралног снопа, где ширење електрона након увођења у екстракционе мреже делује на компензацију наелектрисања у плазми. Како наводе у својој студији:
„[П] хазе разрешена оптичка емисијска спектроскопија примењена је у комбинацији са електричним мерењима (ионске и електронске функције расподјеле енергије, јонске и електронске струје и потенцијал снопа) за проучавање пролазног ширења енергетских електрона у плазми која тече. рф плазални потисник са само-пристраности. Резултати сугерирају да ширење електрона током интервала колапса плашта на екстракционим мрежама делује на компензацију наелектрисања у плазми.
Природно, они такође истичу да ће бити потребно додатно тестирање пре него што се Нептунов потисник икада може користити. Али резултати су охрабрујући, јер нуде могућност јонских потисника лакших и мањих, што би омогућило свемирске летелице које су још компактније и енергетски ефикасније. За свемирске агенције које желе да истражују Сунчев систем (и шире) из буџета, таква технологија није ништа ако не и пожељна!
