Neptun:Neutralisatorfri plasmafremdrift

Plasmafremdrift er en vigtig og effektiv teknologi, der bruges til at styre rumfartøjer til jordobservation, kommunikation og grundlæggende udforskning af det ydre rum.

Plasma fremdrivningssystemer bruger elektrisk kraft til at ionisere drivgas og omdanne den til den fjerde tilstand af stof, kendt som plasma. Elektrisk ladede ioner og elektroner accelereres i en udstødningsstråle for at generere fremdrift og fremdrive rumfartøjet.

De mest etablerede elektriske fremdriftskoncepter, for eksempel gitter-ion thrustere, accelerere og udsende et større antal positivt ladede partikler end dem med negativ ladning. For at gøre det muligt for rumfartøjet at forblive ladningsneutralt, en "neutralisator" bruges til at indsprøjte elektroner for nøjagtigt at balancere den positive ionladning i udstødningsstrålen. Imidlertid, neutralisatoren kræver ekstra kraft fra rumfartøjet og øger størrelsen og vægten af ​​fremdriftssystemet.

Et hold fra University of York og École Polytechnique undersøger, hvordan neutralisatoren kan fjernes helt. Forskerne rapporterer deres resultater i denne uge i tidsskriftet Plasmas fysik .

I 2014 Dmytro Rafalskyi og Ane Aanesland fra Laboratoriet for Plasmafysik, École Polytechnique, Frankrig demonstrerede et nyt elektrisk fremdriftskoncept. Konceptet, kaldet Neptun, udnytter den teknologiske arv fra gridded-ion thrustere. Imidlertid, da der er sammenlignelige antal positivt og negativt ladede partikler i udstødningsstrålen, er neutralisatoren ikke længere nødvendig.

For at videreudvikle Neptun-konceptet i retning af rumflyvning, forskerne var interesserede i at forstå, hvordan plasmaet interagerer med accelerationssystemet, så der genereres en ladningsneutral stråle. De slog sig sammen med James Dedrick og Andrew Gibson fra York Plasma Institute, University of York, U.K. for at studere, hvordan plasmaadfærd varierer i forhold til rumlig placering, tid og partikelenergi.

"Den direkte observation af, hvordan energiske plasmaarter opfører sig på nanosekunders tidsskalaer i Neptun-strålen, vil hjælpe os til bedre at kontrollere de processer, der understøtter neutralisering, " sagde Dedrick.

Som led i deres undersøgelse, forskerne undersøgte dynamikken af ​​negativt ladede energiske elektroner i udstødningsstrålen fra thrusteren, og deres adfærd blev observeret at spille en nøglerolle i stråleneutralisering.

"Vi mener, at dette opstår fra en kompleks interaktion mellem plasma- og accelerationsnettene, som er meget afhængig af partikeldynamikken i nærheden af ​​gitterets overflade, " sagde Dedrick.