Plazminė varomoji jėga yra labai suinteresuota astronomų ir kosminių agentūrų tema. Šiuolaikinė technologija, kuri yra labai pažengusi ir leidžia efektyviai naudoti degalus, palyginti su įprastomis cheminėmis raketomis, yra naudojama visose srityse - nuo kosminių laivų ir palydovų iki žvalgybinių misijų. Žvelgiant į ateitį, tekanti plazma taip pat tiriama dėl to, ar sudėtingesnės varomosios jėgos, taip pat dėl magnetinės sintezės.
Tačiau dažna varomosios plazmos problema yra tai, kad ji remiasi vadinamuoju „neutralizatoriumi“. Ši priemonė, leidžianti erdvėlaiviams nelikti įkrovos, yra papildoma jėgos energija. Laimei, tyrinėtojų komanda iš Jorko universiteto ir École Polytechnique tiria plazminio žaibolaidžio projektą, kuris visiškai panaikintų neutralizatorių.
Tyrimas, kuriame išsamiai aprašytos jų tyrimų išvados, pavadinimu „Radijo dažnio elektrinių laukų paspartintos tekančios plazmos trumpalaikė sklidimo dinamika“, buvo išleistas šio mėnesio pradžioje Plazmos fizika - žurnalas, kurį išleido Amerikos fizikos institutas. Džeimso Dendricko, fiziko iš Jorko plazmos instituto, vadovaujami Jorko universiteto, jie pateikia savireguliacinio plazminio virptuvo koncepciją.
Iš esmės, plazmos varomosios sistemos priklauso nuo elektros energijos, kad jonizuotų raketinio kuro dujas ir paverčia jas plazma (t. Y. Neigiamai įkrautus elektronus ir teigiamai įkrautus jonus). Šie jonai ir elektronai paspartinami variklio purkštukais, kad būtų sukurta trauka ir stumiamas erdvėlaivis. Kaip pavyzdžius galima paminėti „Gridded-ion“ ir „Hall“ efektą sukeliančius variklius, kurie yra žinomos varomosios technologijos.
Griddeno jonų variklis pirmą kartą buvo išbandytas septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose kaip kosminių elektrinių raketų bandymo (SERT) programą. Nuo tada juo naudojosi NASA Aušra misija, kuri šiuo metu tyrinėja Ceresą pagrindinėje asteroido juostoje. Ateityje ESA ir JAXA planuoja naudoti „Gridded“ geležinius variklius savo „BepiColombo“ misijai į Merkurijų varyti.
Taip pat nuo 1960-ųjų NASA ir sovietinės kosminės programos tiria „Hall-effect“ reaktorius. Jie pirmą kartą buvo panaudoti kaip ESA mažųjų misijų, skirtų pažangiems moksliniams tyrimams technologijoje-1 (SMART-1), dalis. Ši misija, kuri buvo pradėta 2003 m. Ir po trejų metų nukrito į mėnulio paviršių, buvo pirmoji ESA misija, vykusi į Mėnulį.
Kaip pažymėta, visiems kosminiams aparatams, naudojantiems šiuos traukus, reikalingas neutralizatorius, kad būtų užtikrintas neutralus įkrovimas. Tai būtina, nes įprasti plazminiai sraigtai generuoja daugiau teigiamai įkrautų dalelių nei neigiamai įkrauti. Iš esmės neutralizatoriai suleidžia elektronus (turinčius neigiamą krūvį), kad išlaikytų teigiamų ir neigiamų jonų pusiausvyrą.
Kaip jau galite įtarti, šiuos elektronus generuoja erdvėlaivio elektros energijos sistemos, o tai reiškia, kad neutralizatorius yra papildomas energijos šalinimas. Papildymas šiuo komponentu taip pat reiškia, kad pati varomoji sistema turės būti didesnė ir sunkesnė. Siekdama išspręsti šią problemą, York / École Polytechnique komanda pasiūlė plazminio žaibolaidžio dizainą, kuris pats savaime gali išlikti krūvio neutralus..
Šią koncepciją, vadinamą „Neptūno varikliu“, pirmą kartą 2014 m. Pademonstravo Dmytro Rafalskyi ir Ane Aanesland, du École Polytechnique's Plazmos fizikos laboratorijos (LPP) tyrėjai ir bendraautoriai. Kaip jie pademonstravo, koncepcija remiasi technologijomis, naudojamomis suskaidytų jonų sraigtams sukurti, tačiau sugeba sukurti išmetamąsias dalis, turinčias palyginamą kiekį teigiamai ir neigiamai įkrautų jonų.
Kaip jie paaiškina tyrimo metu:
„Jos konstrukcija pagrįsta plazmos pagreičio principu, pagal kurį sutapimas jonų ir elektronų ištraukimas atliekamas naudojant svyruojančią elektrinį lauką tinklelio pagreičio optikoje. Tradiciniuose tinklinio jonų sraigtuose jonai pagreitinami naudojant nurodytą įtampos šaltinį, kad tarp ištraukimo tinklelių veiktų nuolatinės srovės (DC) elektrinį lauką. Šiame darbe susidaro nuolatinė nuolatinės įtampos įtampa, kai radijo dažnio (rf) galia yra sujungta su ištraukimo tinklais dėl maitinamų ir įžemintų paviršių, besiliečiančių su plazma, ploto skirtumo. “
Trumpai tariant, prožektorius sukuria išmetimą, kuris, veikiant radijo bangoms, yra faktiškai neutralus įkrovos. Tas pats efektas yra tas, kad prie trauka pridedamas elektrinis laukas, ir efektyviai pašalinamas neutralizatoriaus poreikis. Kaip nustatyta jų tyrime, „Neptūno“ stūmoklis taip pat sugeba generuoti trauką, kuri yra panaši į įprastą jonų stūmoklį.
Norėdami patobulinti technologiją dar toliau, jie susibūrė į James Dedrick ir Andrew Gibson iš Jorko plazmos instituto, kad ištirtų, kaip variklis veiks skirtingomis sąlygomis. Turėdami laive Dedricką ir Gibsoną, jie pradėjo tyrinėti, kaip plazmos pluoštas gali sąveikauti su kosmosu ir ar tai paveiks įtampa.
Jie išsiaiškino, kad variklio išmetimo spindulys vaidina svarbų vaidmenį išlaikant spindulį neutralų, kai elektronų sklidimas po jų įtraukimo į ištraukimo tinklelius kompensuoja erdvės krūvį plazmos pluošte. Kaip jie teigia savo tyrime:
„[P] išskaidytos optinės emisijos spektroskopija buvo taikoma kartu su elektriniais matavimais (jonų ir elektronų energijos pasiskirstymo funkcijos, jonų ir elektronų srovės bei pluošto potencialas), siekiant ištirti trumpalaikį energetinių elektronų sklidimą tekančioje plazmoje, kurią sukuria rf savaiminio šalinimo sukeliamas plazminis variklis. Rezultatai rodo, kad elektronų sklidimas apvalkalo griūties metu ekstrahavimo tinkleliuose kompensuoja erdvės krūvį plazmos pluošte. “
Natūralu, kad jie taip pat pabrėžia, kad norint dar kartą naudoti „Neptūno“ stūmiklį, reikės atlikti papildomus bandymus. Tačiau rezultatai yra džiuginantys, nes jie suteikia lengvesnių ir mažesnių jonų sraigtų galimybę, o tai leistų naudoti dar kompaktiškesnius ir energiją taupančius erdvėlaivius. Kosmoso agentūroms, norinčioms tyrinėti Saulės sistemą (ir už jos ribų), atsižvelgiant į biudžetą, tokia technologija yra kas nors, jei ir nepageidautina!
