Pogon plazme zanimljiv je astronomima i svemirskim agencijama. Kao visoko napredna tehnologija koja nudi značajnu potrošnju goriva u odnosu na uobičajene kemijske rakete, trenutno se koristi u svemu, od svemirskih letjelica i satelita do istraživačkih misija. A gledajući u budućnost, protočna plazma također se ispituje za naprednije pogonske koncepte, kao i magnetsku fuziju.
Međutim, čest problem s pogonom u plazmi je činjenica da se oslanja na ono što je poznato kao "neutralizator". Ovaj instrument, koji omogućuje svemirskim brodovima da ostanu neutralni, nije dodatni trošak snage. Srećom, tim istraživača sa Sveučilišta u Yorku i École Polytechnique istražuje dizajn plazme potisnika koji bi u potpunosti mogao ukloniti neutralizator.
Studija koja detaljno opisuje njihova istraživanja - pod nazivom „Privremena dinamika širenja protočnih plazmi ubrzanih radiofrekvencijskim električnim poljem“ objavljena je početkom ovog mjeseca u Fizika plazme - časopis koji je objavio Američki institut za fiziku. Na čelu s dr. Jamesom Dendrickom, fizičarom iz York instituta za plazmu na Sveučilištu u Yorku, oni predstavljaju koncept samoregulirajućeg potiska za plazmu.
U osnovi se sustavi za pogon plazme oslanjaju na električnu energiju da ionizira pogonski plin i pretvara ga u plazmu (tj. Negativno nabijene elektrone i pozitivno nabijene ione). Ti se ioni i elektroni ubrzavaju mlaznicama motora kako bi stvorili potisak i pokrenuli svemirsku letjelicu. Primjeri uključuju prigušivač s Gridded-ionom i Hall-efektom, a oba su uspostavljena pogonska tehnologija.
Gridden-ionski potisnik prvi je puta testiran u 1960-ima i 70-ima kao dio Programa svemirske električne rakete (SERT). Od tada ga koriste NASA-e Zora misija koja trenutno istražuje Ceres u glavnom pojasu asteroida. I u budućnosti, ESA i JAXA planiraju koristiti potisnike s podrezanim željezom za pokretanje svoje misije BepiColombo u Merkuru.
Slično tome, potiskivači Hall-efekta istraživali su od 1960-ih i NASA i sovjetski svemirski programi. Oni su prvi put korišteni u sklopu misije ESA-e Male misije za napredna istraživanja u tehnologiji-1 (SMART-1). Ova misija, koja je pokrenuta 2003. godine i srušila se na mjesečevu površinu tri godine kasnije, bila je prva misija ESA koja je otišla na Mjesec.
Kao što je napomenuto, svemirske letjelice koje koriste ove potisnike zahtijevaju neutralizator kako bi osigurale da ostanu "neutralan na punjenje". To je potrebno jer konvencionalni plazma potisnici stvaraju pozitivnije nabijene čestice od negativno nabijenih čestica. Kao takvi, neutralizatori ubrizgavaju elektrone (koji nose negativan naboj) kako bi održali ravnotežu između pozitivnih i negativnih iona.
Kao što možete sumnjati, ti elektroni se generiraju pomoću elektroenergetskih sustava svemirske letjelice, što znači da je neutralizator dodatni trošak energije. Dodavanje ove komponente znači i da će sam pogonski sustav morati biti veći i teži. Da bi se pozabavili tim, tim York / École Polytechnique predložio je dizajn plazma potisnika koji sam može ostati neutralan.
Poznat kao Neptunov motor, ovaj koncept prvi su pokazali 2014. godine Dmytro Rafalskyi i Ane Aanesland, dvoje istraživača iz Laboratorija fizike plazme (LPP) École Polytechnique i koautori na nedavnom radu. Kao što su pokazali, koncept se nadovezuje na tehnologiju koja se koristi za stvaranje potisnih mreža s ionima, ali uspijeva stvoriti ispušne plinove koji sadrže usporedive količine pozitivno i negativno nabijenih iona.
Kako objašnjavaju tijekom studija:
„Dizajn je zasnovan na principu ubrzanja plazme, pri čemu se slučajna ekstrakcija iona i elektrona postiže primjenom oscilirajućeg električnog polja na optičku ubrzanu mrežu. U tradicionalnim mrežnim potisnicima iona, ioni se ubrzavaju korištenjem određenog izvora napona za primjenu električnog polja istosmjerne struje (DC) između ekstrakcijskih mreža. U ovom radu nastaje jednosmjerni napon istosmjernog napona kada se snaga radiofrekvencije (rf) poveže s mrežama za ekstrakciju zbog razlike u površini napajanih i uzemljenih površina u dodiru s plazmom. "
Ukratko, potisnik stvara primjenu ispušnih plinova koji su efektivno neutralni na punjenje primjenom radijskih valova. To ima isti učinak dodavanja električnog polja potisku i učinkovito uklanja potrebu za neutralizatorom. Kao što je utvrđeno u njihovoj studiji, Neptunov potisnik također je sposoban stvarati potisak koji je usporediv s uobičajenim ionskim potisnikom.
Kako bi još više unaprijedili tehnologiju, udružili su se s Jamesom Dedrickom i Andrewom Gibsonom iz York Plazma instituta kako bi istražili kako će potisnik raditi u različitim uvjetima. S Dedrickom i Gibsonom na brodu su počeli proučavati kako plazma snop može utjecati na prostor i hoće li to utjecati na njegov uravnoteženi naboj.
Otkrili su da je ispušni snop motora igrao veliku ulogu u održavanju neutralne zrake, gdje širenje elektrona nakon što su uvedeni u ekstrakcijske mreže djeluje na način da nadoknadi naboj prostora u plazmi. Kako navode u svojoj studiji:
"[P] haze razlučena optička emisijska spektroskopija primijenjena je u kombinaciji s električnim mjerenjima (ionske i elektronske funkcije raspodjele energije, ionske i elektronske struje i potencijal snopa) za proučavanje prolaznog širenja energetskih elektrona u plazmi koja teče. rf plazma potisnik sa samo-pristranosti. Rezultati pokazuju da širenje elektrona tijekom intervala kolapsa plašta na ekstrakcijskim mrežama djeluje na kompenzaciju naboja u plazmi.
Naravno, ističu da će biti potrebno daljnje ispitivanje prije nego što se Neptunov potisnik uopće može koristiti. No, rezultati su ohrabrujući, jer nude mogućnost ionskih potisnika lakših i manjih, što bi omogućilo svemirske letjelice koje su još kompaktnije i energetski učinkovitije. Za svemirske agencije koje žele istražiti Sunčev sustav (i šire) na proračun, takva tehnologija nije ništa ako ne i poželjna!
