Za pogon v plazmi so astronomi in vesoljske agencije zelo zanimive. Kot visoko napredna tehnologija, ki nudi veliko porabo goriva v primerjavi z običajnimi kemičnimi raketami, jo trenutno uporabljamo v vsem, od vesoljskih plovil in satelitov do raziskovalnih misij. Če pogledamo v prihodnost, se tekoča plazma preiskuje tudi za naprednejše pogonske pogone in magnetno zlitje.
Vendar je pogosta težava s plazemskim pogonom dejstvo, da se zanaša na tisto, kar je znano kot "nevtralizator". Ta instrument, ki omogoča vesoljskim plovilom, da ostanejo nevtralno napolnjene, je dodaten izpust moči. Na srečo skupina raziskovalcev z univerze v Yorku in École Polytechnique preiskuje zasnovo plazemskih potisnikov, ki bi v celoti odpravila nevtralizator.
Študija, v kateri so podrobno opisani njihovi izsledki raziskav - z naslovom "Prehodna dinamika širjenja tekočih plazem, pospešenih z radiofrekvenčnimi električnimi polji", je bila objavljena v začetku tega meseca Fizika plazme - časopis, ki ga je izdal Ameriški inštitut za fiziko. Pod vodstvom dr. Jamesa Dendricka, fizika z jorkškega inštituta za plazmo na univerzi v Yorku, predstavljajo koncept samoregulirajočega plazemskega potiska.
V bistvu se plazemski pogonski sistemi zanašajo na električno energijo za ionizacijo pogonskega plina in ga pretvorijo v plazmo (tj. Negativno nabiti elektroni in pozitivno nabiti ioni). Te ione in elektrone nato pospešijo motorne šobe, da ustvarijo potisk in poganjajo vesoljsko plovilo. Primeri vključujejo potisni mehanizem z Gridded-ionom in Hall-efektom, oba pa sta uveljavljeni pogonski tehnologiji.
Gridden-ionski potisk je bil prvič preizkušen v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja kot del vesoljskega preizkusa električne elektrike. Od takrat ga uporabljajo NASA-in Zora misija, ki trenutno raziskuje Ceres v glavnem asteroidnem pasu. V prihodnosti nameravata ESA in JAXA uporabiti potisne naprave Gridded železo za pogon svoje misije BepiColombo v Merkurju.
Podobno so bili Nasa in sovjetski vesoljski programi že od šestdesetih let prejšnjega stoletja preiskovali potisne mehanizme Hallovega učinka. Prvič so bili uporabljeni v okviru misije ESA Majhne misije za napredne raziskave na področju tehnologije 1 (SMART-1). Ta misija, ki se je začela leta 2003 in se je tri leta pozneje zrušila na lunino površino, je bila prva misija ESA, ki je odšla na Luno.
Kot je navedeno, vesoljska plovila, ki uporabljajo te potisnike, potrebujejo nevtralizator, da se zagotovi, da ostanejo "nevtralni na polnjenje". To je potrebno, ker običajni plazemski potisniki ustvarijo bolj pozitivno nabite delce kot negativno nabiti. Tako nevtralizatorji vbrizgajo elektrone (ki nosijo negativen naboj), da ohranijo ravnovesje med pozitivnimi in negativnimi ioni.
Kot morda sumite, ti elektroni nastajajo v elektroenergetskih sistemih vesoljskih plovil, kar pomeni, da je nevtralizator dodaten izpust moči. Dodajanje te komponente pomeni tudi, da bo moral sam pogonski sistem večji in težji. Za reševanje tega vprašanja je ekipa York / École Polytechnique predlagala zasnovo plazemskega potiska, ki lahko sam ostane napolnjen..
Ta koncept, znan kot motor Neptuna, sta leta 2014 prvič dokazala Dmytro Rafalskyi in Ane Aanesland, dva raziskovalca iz laboratorija fizike plazme École Polytechnique in soavtorja nedavnega prispevka. Kot so pokazali, koncept temelji na tehnologiji, ki se uporablja za ustvarjanje potisnih mrež z ioni, vendar uspe ustvariti izpušne pline, ki vsebujejo primerljive količine pozitivno in negativno nabitih ionov.
Kot pojasnjujejo med študijem:
"Njegova zasnova temelji na načelu pospeševanja plazme, pri čemer se naključna ekstrakcija ionov in elektronov doseže z uporabo nihajočega električnega polja na optični pospeševalni optiki. V tradicionalnih potisnikih z ionskimi potiski se ioni pospešijo z uporabo določenega napetostnega vira za uporabo električnega polja z enosmernim tokom (DC) med odsesovalnimi mrežami. Pri tem delu nastane enosmerna napetost samoodvisnega toka, ko je moč radiofrekvenčnega (rf) povezana z odvzemnimi mrežami zaradi razlike v površini napajanih in ozemljenih površin v stiku s plazmo. "
Skratka, potisnik ustvarja izpuh, ki je učinkovito napolnjen z uporabo radijskih valov. To ima enak učinek, če dodate električno polje v potisk in učinkovito odpravite potrebo po nevtralizatorju. Kot so ugotovili v njihovi raziskavi, je Neptunov potisnik sposoben ustvariti tudi potisk, ki je primerljiv s klasičnim ionskim potisnikom.
Za še boljši napredek tehnologije so se združili z Jamesom Dedrickom in Andrejem Gibsonom iz York Plazma inštituta, da bi preučili, kako bo potiskalnik deloval v različnih pogojih. Z Dedrickom in Gibsonom sta na krovu začela preučevati, kako lahko plazemski žarek vpliva na vesolje in ali bo to vplivalo na njegov uravnotežen naboj.
Ugotovili so, da je imel izpušni žarek motorja veliko vlogo pri ohranjanju nevtralnega žarka, kjer širjenje elektronov po vnosu v odsesovalne rešetke deluje kot kompenzacija prostorskega naboja v plazemskem snopu. Kot navajajo v svoji študiji:
„Za čiščenje prehodnega širjenja energijskih elektronov v tekoči plazmi, ki jo ustvarja pretočna plast, je uporabljena optična emisijska spektroskopija, razrešena s hazo, v kombinaciji z električnimi meritvami (ionske in elektronske porazdelitve energije, ionske in elektronske tokove ter potencial snopa) rf plazemski potisnik s samo-pristranskostjo. Rezultati kažejo, da širjenje elektronov med intervalom propadanja plahtice na ekstrakcijskih mrežah kompenzira prostorsko naboj v plazemskem snopu. "
Seveda tudi poudarjajo, da bodo potrebna nadaljnja testiranja, preden bo mogoče kdaj uporabiti Neptunov potisnik. Vendar so rezultati spodbudni, saj ponujajo možnost ionskih potisnikov, ki so lažji in manjši, kar bi omogočilo še bolj kompaktna in energetsko varčna vesoljska plovila. Za vesoljske agencije, ki želijo raziskati Osončje (in naprej) na proračun, takšna tehnologija ni nič, če ne zaželena!
