A plazmameghajtás a csillagászok és az űrügynökségek iránt nagyon érdeklődik. Magasan fejlett technológiaként, amely jelentős üzemanyag-hatékonyságot kínál a hagyományos kémiai rakétákhoz képest, és jelenleg az űrhajókban és a műholdakban a felderítő missziókig alkalmazzák. A jövőre nézve az áramló plazmát szintén vizsgálják fejlettebb meghajtási koncepciók, valamint a mágneses fúzió szempontjából.
A plazmameghajtás gyakori problémája azonban az, hogy támaszkodik az úgynevezett „semlegesítőre”. Ez az eszköz, amely lehetővé teszi, hogy az űrhajók töltöttségmentesek maradjanak, további áramcsökkentést jelent. Szerencsére a York-i Egyetem és az École Polytechnique kutatói egy olyan plazmapróba tervezőjét vizsgálják, amely teljes mértékben megszünteti a semlegesítőt.
A hónap elején jelentek meg egy kutatásukat részletező tanulmány - a rádiófrekvenciás elektromos mezők által felgyorsított áramló plazma átmeneti terjedési dinamikája - címmel. Plazma fizika - az Amerikai Fizikai Intézet által kiadott folyóirat. Dr. James Dendrick, a York-i Egyetem York Plazma Intézetének fizikusa vezette, bemutatják az önszabályozó plazmapróba koncepcióját.
Alapvetően a plazmameghajtó rendszerek villamos energiára támaszkodnak a hajtógáz ionizálására és plazmá történő átalakítására (azaz negatív töltésű elektronokra és pozitív töltésű ionokra). Ezeket az ioneket és elektronokat a motor fúvókái gyorsítják fel, hogy tolóerőt generálhassanak és egy űrhajót meghajthassanak. Példa erre a rácsos-ion és a Hall-effektusos tolóerő, amelyek mindkettő bevált meghajtási technológiák.
A Gridden-ion tolóerőt először az 1960-as és 70-es években tesztelték a SERT (Space Electric Rocket Test) program részeként. Azóta a NASA használja Hajnal misszió, amely jelenleg a Ceres-t feltárja a fő aszteroida övben. És a jövőben az ESA és a JAXA azt tervezi, hogy rácsos vas tolóberendezéseket fog használni a BepiColombo Merkúr-küldetésük meghajtására.
Hasonlóképpen, a Hall-effektusokat az 1960-as évek óta vizsgálták mind a NASA, mind a szovjet űrprogramok. Először az ESA kis technológiai fejlett kutatási missziójának (SMART-1) részeként használták fel. Ez a misszió, amelyet 2003-ban indítottak és három évvel később a holdfelszínre zuhant, volt az első ESA-misszió, amely a Holdra ment.
Mint már megjegyeztük, az ezeket a tolóerőket használó űrhajóknak semlegesítőre van szükségük annak biztosítása érdekében, hogy azok töltöttségmentesek maradjanak. Ez szükséges, mivel a hagyományos plazma tolóberendezések pozitívabb töltésű részecskéket generálnak, mint negatívan töltött részecskék. Mint ilyen, a semlegesítők elektronokat injektálnak (amelyek negatív töltést hordoznak) a pozitív és a negatív ionok közötti egyensúly fenntartása érdekében.
Mint valószínűleg feltételezhető, hogy ezeket az elektronokat az űrhajó villamosenergia-rendszerei generálják, ami azt jelenti, hogy a semlegesítőnek további energiája van. Ennek az összetevőnek a hozzáadása azt is jelenti, hogy maga a meghajtó rendszernek nagyobbnak és nehezebbnek kell lennie. Ennek megoldására a York / École Polytechnique csapata olyan plazmapróba tervezőjét javasolta, amely önmagában is töltöttségi semleges maradhat..
A Neptune motor néven ezt a koncepciót 2014-ben mutatták be először Dmytro Rafalskyi és Ane Aanesland, az École Polytechnique Plazmafizikai Laboratóriumának (LPP) két kutatója és a társszerzők a legújabb tanulmányban. Mint bizonyították, a koncepció a rácsos-ion tolóerők létrehozására használt technológiára épül, de képes kipufogógáz előállítására, amely összehasonlítható mennyiségű pozitív és negatív töltésű iont tartalmaz.
Amint a tanulmányuk során kifejtik:
„Tervezése a plazmagyorsítás elvén alapszik, amely szerint az ionok és elektronok véletlenszerű extrahálása oszcilláló elektromos mező alkalmazásával érhető el a rácsosított gyorsítási optikán. A hagyományos, rácsosionos vonószerkezetekben az ioneket egy kijelölt feszültségforrás segítségével gyorsítják fel, hogy egyenáramú (egyenáramú) elektromos mezőt alkalmazzanak az extraháló hálózatok között. Ebben a munkában egy egyenáramú önfeszültség alakul ki akkor, amikor a rádiófrekvenciás (rf) energiát az elszívó hálózatokhoz kapcsolják a plazmával érintkező meghajtású és földelt felületek különbsége miatt. ”
Röviden: a hajtómű rádióhullámok alkalmazásával ténylegesen semleges töltést hoz létre. Ennek ugyanaz a hatása, hogy hozzáad egy elektromos mezőt a tolóerőhöz, és hatékonyan megszünteti a semlegesítő szükségességét. Mint kutatásaik megállapították, a Neptune rázógép szintén képes olyan tolóerőt előidézni, amely összehasonlítható a hagyományos ionos rigóval.
A technológia továbbfejlesztése érdekében James Dedrick és Andrew Gibsonokkal közösen összeálltak a York Plazma Intézetből, hogy megvizsgálják, hogyan működik a riadó különböző körülmények között. A fedélzeten lévő Dedrick és Gibson segítségével megkezdték annak tanulmányozását, hogy a plazma sugár hogyan érintkezhet a térrel, és ez befolyásolja-e a kiegyensúlyozott töltését.
Azt találták, hogy a motor kipufogógázja nagy szerepet játszott abban, hogy a sugár semleges maradjon, ahol az elektronok terjedése az extrakciós rácsokba történő bevezetésük után kompenzálja a plazmagerenda térbeli töltését. Mint állítják tanulmányukban:
„A [P] haza-felbontású optikai emissziós spektroszkópiát elektromos mérésekkel (ion- és elektronenergia-eloszlási funkciók, ion- és elektronáramok és sugárpotenciál) kombinálva alkalmazták az energetikai elektronok átmeneti terjedésének tanulmányozására egy áramló plazmában, amelyet egy rf ön-elfogultsággal vezérelt plazmapróba Az eredmények azt sugallják, hogy az elektronok terjedése a burkolat összeomlásának időszaka alatt az extraháló rácsokon kompenzálja a plazma sugár térbeli töltését. "
Természetesen azt is hangsúlyozzák, hogy további vizsgálatokra lesz szükség, mielőtt a Neptune rázógépet bármikor használni lehetne. De az eredmények biztatóak, mivel felkínálják a könnyebb és kisebb ionerősítők lehetőségét, ami lehetővé tenné a még kompaktabb és energiahatékonyabb űrhajók használatát. Azoknak az űrügynökségeknek, amelyek költségvetéssel szeretnék feltölteni a Naprendszert (és azon túl is), ez a technológia semmi, ha nem kívánatos!
