Плазменные двигательные установки используют электроэнергию для ионизации порохового газа и преобразования его в четвертое состояние вещества, известное как плазма. Электрически заряженные ионы и электроны ускоряются в выхлопном пучке для создания тяги и движения космического корабля.Наиболее устоявшиеся концепции электрических движителей, например двигатели с решетчатой ионной системой, ускоряют и испускают большее количество положительно заряженных частиц, чем частицы с отрицательным зарядом. Чтобы космический корабль оставался нейтральным по заряду, используется «нейтрализатор», который вводит электроны, чтобы точно уравновесить положительный ионный заряд в выхлопном пучке.
Однако нейтрализатор требует от космического корабля дополнительной мощности и увеличивает размер и вес двигательной установки.Команда из Йоркского университета и Политехнической школы изучает, как нейтрализатор можно вообще удалить. На этой неделе исследователи сообщают о своих выводах в журнале Physics of Plasmas от AIP Publishing.В 2014 году Дмитрий Рафальский и Ане Аанесланд из Лаборатории физики плазмы Политехнической школы Франции продемонстрировали новую концепцию электрического двигателя.
Концепция, получившая название Neptune, использует технологическое наследие решетчатых ионных двигателей. Однако, поскольку в выхлопном пучке присутствует сопоставимое количество положительно и отрицательно заряженных частиц, нейтрализатор больше не нужен.Для дальнейшего развития концепции Нептуна в отношении космических полетов исследователи были заинтересованы в понимании того, как плазма взаимодействует с системой ускорения, так что генерируется пучок с нейтральным зарядом.
Они объединились с Джеймсом Дедриком и Эндрю Гибсоном из Йоркского института плазмы Йоркского университета, Великобритания, чтобы изучить, как поведение плазмы изменяется в зависимости от пространственного положения, времени и энергии частиц.«Прямое наблюдение того, как энергичные плазменные частицы ведут себя в наносекундном масштабе времени в луче Нептуна, поможет нам лучше контролировать процессы, лежащие в основе нейтрализации», — сказал Дедрик.В рамках своего исследования исследователи изучали динамику отрицательно заряженных энергичных электронов в выхлопном пучке двигателя малой тяги, и было обнаружено, что их поведение играет ключевую роль в нейтрализации пучка.
«Мы считаем, что это происходит из-за сложного взаимодействия между плазмой и сетками ускорения, которое сильно зависит от динамики частиц вблизи поверхности сетки», — сказал Дедрик.