Hvorfor rumstøv udsender radiobølger, når det styrter ind i et rumfartøj

Når rumfartøjer og satellitter rejser gennem rummet, støder de på små, hurtigt bevægelige partikler af rumstøv og snavs. Hvis partiklen bevæger sig hurtigt nok, dens virkning ser ud til at skabe elektromagnetisk stråling (i form af radiobølger), der kan beskadige eller endda deaktivere fartøjets elektroniske systemer.

En ny undersøgelse offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Plasmas fysik , bruger computersimuleringer til at vise, at plasmaskyen fra partiklens påvirkning er ansvarlig for at skabe den skadelige elektromagnetiske puls. De viser, at når plasmaet udvider sig til det omgivende vakuum, ionerne og elektronerne bevæger sig med forskellige hastigheder og adskiller sig på en måde, der skaber radiofrekvensemissioner.

"I de sidste par årtier har forskere undersøgt disse virkninger af hypervelocity, og vi har bemærket, at der er stråling fra påvirkningerne, når partiklerne går tilstrækkeligt hurtigt, "sagde hovedforfatter Alex Fletcher, nu postdoktor ved Boston University Center for Space Physics. "Ingen har virkelig kunnet forklare, hvorfor det er der, hvor den kommer fra eller den fysiske mekanisme bag. "

Undersøgelsen er et skridt i retning af at verificere teorien om seniorforfatter Sigrid Close, lektor i luftfart og astronautik ved Stanford University. I 2010, Close og kolleger offentliggjorde den indledende hypotese om, at hypervelocity -effektplasmaer er ansvarlige for et par satellitsvigt.

For at simulere resultaterne fra et hypervelocity -effektplasma, forskere brugte en metode kaldet partikel-i-celle simulering, der giver dem mulighed for at modellere plasmaet og de elektromagnetiske felter samtidigt. De fodrede simuleringsdetaljerne fra en tidligere udviklet hydrokode - et beregningsværktøj, de brugte til at modellere slagets flydende og solide dynamik. Forskerne lod simuleringen udvikle sig og beregnet strålingen fra plasmaet.

Når en partikel rammer en hård overflade ved høje hastigheder, det fordamper og ioniserer målet, frigiver en støvsky, gas og plasma. Når plasmaet udvider sig til det omgivende vakuum (af rummet), dens densitet falder, og den går ind i en kollisionsfri tilstand, hvor dens partikler ikke længere interagerer direkte med hinanden.

I den aktuelle undersøgelse, forskerne antager, at elektronerne i dette kollisionsfrie plasma derefter rejser hurtigere end de større ioner. Deres simulering forudsiger, at denne store ladningsseparation genererer strålingen. Modellens resultater er i overensstemmelse med Close's første teori, men forudsiger en højere frekvens for emissionen, end forskere har opdaget eksperimentelt.

Forfatterne påpeger, at antagelsen om, at elektronerne bevæger sig i massevis, da de adskiller sig fra ionerne, fortjener mere omhyggelig opmærksomhed. Gruppen bygger nye simuleringer for at teste, om skiftet til en kollisionsfri tilstand er tilstrækkeligt til at skabe adskillelsen.

Fletcher bemærker også, at de har forsømt at tage højde for støvet.

"Påvirkningen skaber støvpartikler, der interagerer med plasmaet, "Sagde Fletcher. Dynamikken i disse" støvede plasmaer "er et område for fremtidig forskning.

Det næste trin i arbejdet er at bruge simuleringen til at kvantificere den genererede stråling, så de kan vurdere truslen mod satellitter, og udtænke måder at beskytte satellitter og rumfartøjer mod meteoroider og orbitalrester.

"Mere end halvdelen af ​​elektriske fejl er uforklarlige, fordi det er meget svært at foretage diagnostik på en satellit, der fejler i kredsløb, "Vi siger, at vi kan tilskrive nogle af disse fejl til denne mekanisme."