Plasmavoortstuwing is een belangrijke en efficiënte technologie die wordt gebruikt om ruimtevaartuigen te besturen voor aardobservatie, communicatie en fundamentele verkenning van de ruimte.

Plasma-voortstuwingssystemen gebruiken elektrische energie om drijfgas te ioniseren en om te zetten in de vierde toestand van materie, bekend als plasma. Elektrisch geladen ionen en elektronen worden versneld in een uitlaatstraal om stuwkracht te genereren en het ruimtevaartuig voort te stuwen.

De meest gevestigde elektrische voortstuwingsconcepten, bijvoorbeeld gridded-ion stuwraketten, versnellen en een groter aantal positief geladen deeltjes uitzenden dan die met een negatieve lading. Om het ruimtevaartuig ladingsneutraal te laten blijven, een "neutralisator" wordt gebruikt om elektronen te injecteren om de positieve ionenlading in de uitlaatstraal precies in evenwicht te brengen. Echter, de neutralisator vereist extra vermogen van het ruimtevaartuig en vergroot de omvang en het gewicht van het voortstuwingssysteem.

Een team van de Universiteit van York en École Polytechnique onderzoekt hoe de neutralisator helemaal kan worden verwijderd. De onderzoekers rapporteren deze week hun bevindingen in het tijdschrift Fysica van plasma's .

In 2014, Dmytro Rafalskyi en Ane Aanesland van het Laboratorium voor Plasmafysica, École Polytechnique, Frankrijk demonstreerde een nieuw elektrisch voortstuwingsconcept. Het concept, genaamd Neptunus, maakt gebruik van het technologische erfgoed van gridded-ion thrusters. Echter, aangezien vergelijkbare aantallen positief en negatief geladen deeltjes in de uitlaatstraal aanwezig zijn, is de neutralisator niet langer nodig.

Om het Neptunus-concept verder te ontwikkelen richting ruimtevlucht, de onderzoekers waren geïnteresseerd in het begrijpen hoe het plasma interageert met het versnellingssysteem, zodat een ladingsneutrale straal wordt gegenereerd. Ze werkten samen met James Dedrick en Andrew Gibson van het York Plasma Institute, Universiteit van York, VK om te bestuderen hoe plasmagedrag varieert in relatie tot ruimtelijke locatie, tijd en deeltjesenergie.

"De directe observatie van hoe energetische plasmasoorten zich gedragen op nanoseconden tijdschalen in de Neptunus-straal zal ons helpen om de processen die ten grondslag liggen aan neutralisatie beter te beheersen, ' zei Dedrick.

Als onderdeel van hun onderzoek hebben de onderzoekers bestudeerden de dynamiek van negatief geladen energetische elektronen in de uitlaatstraal van de boegschroef en hun gedrag bleek een sleutelrol te spelen bij de neutralisatie van de straal.

"Wij geloven dat dit voortkomt uit een complexe interactie tussen het plasma en versnellingsroosters, die sterk afhankelijk is van de deeltjesdynamiek in de buurt van het roosteroppervlak, ' zei Dedrick.