Het heelal bestaat uit plasma, die gemakkelijk wordt beïnvloed door magnetische velden en krachten, leidt tot complex gedrag. Plasma's worden overal in het zonnestelsel aangetroffen op plaatsen zoals de planetaire magnetosfeer, zonnewind en in de staarten van kometen.

Magnetische velden uitgerekt door plasmastromen resulteren in een toename van de veldcomponent langs de plasmastroom. Deze velden worden vaak waargenomen in de ruimte. Daarentegen, wetenschappers in terrestrische laboratoria zien vaak dat de magnetische velden afnemen door plasma vanwege zijn diamagnetisme. Dit houdt in dat het plasma een magnetisch veld kan opwekken in de tegenovergestelde richting van het veld dat wordt aangelegd, zodat de veldlijnen divergeren.

Onderzoekers van de Tohoku University hebben via laboratoriumexperimenten geprobeerd te achterhalen hoe de plasmastroom wordt beïnvloed door de omgeving. en hebben vooruitgang geboekt bij het onderzoek naar een elektrodeloze plasma-stuwraket om ruimtevaartuigen voort te stuwen.

Er zijn veel methoden voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen, en hoewel ze allemaal hun voor- en nadelen hebben, elektrische voortstuwing is nu volwassen en wordt veel gebruikt. Elektrisch aangedreven plasma-stuwraketten kunnen een grote stuwkrachtdichtheid leveren zonder de noodzaak om elektroden bloot te stellen aan plasma, die de schade door erosie in de loop van de tijd vermindert.

Terwijl bijna alle ruimtevaartuigen chemische raketten gebruiken voor lancering, zodra de hardware in de ruimte is, voortstuwing is nodig om het vaartuig te manoeuvreren voor baanonderhoud, bevoorradingsmissies en verkenning van de ruimte. Hier, elektrische voortstuwing, met zijn hogere uitlaatsnelheid, heeft de voorkeur, omdat het doorgaans minder drijfgas gebruikt dan chemische raketten. Omdat het moeilijk is om algemene reparaties aan ruimtevaartuigen uit te voeren als ze eenmaal de aarde hebben verlaten, de betrouwbaarheid van hun interne componenten is essentieel voor missies op lange termijn.

Sommige nieuwe concepten voor plasma-stuwraketten hebben betrekking op een uitzettend magnetisch veld genaamd magnetisch mondstuk (MN), waar het plasma spontaan wordt versneld om een ​​ruimtevaartuig voort te stuwen wanneer het wordt uitgeput in de ruimte.

De door MN veroorzaakte kracht die het ruimtevaartuig voortstuwt, is aangetoond in laboratoriumexperimenten en vindt zijn oorsprong in het plasma dat het magnetische veld induceert in de tegenovergestelde richting van het veld dat wordt toegepast. Dit werkt als magneten met naar elkaar toegekeerde N-polen:de een stoot de ander af. Op dezelfde manier, het plasma in het voortstuwende MN divergeert in wezen het magnetische veld. Maar omdat de magnetische velden gesloten zijn en teruggekeerd naar het ruimtevaartuig, het plasma, beïnvloed door het veld, keert terug, waardoor de netto stuwkracht nul is.

Om dit probleem op te lossen, onderzoekers stellen een scenario voor waarin de magnetische veldlijnen tot oneindig worden uitgerekt door de plasmastroom. Tot nu, de meeste laboratoriumexperimenten hebben zich gericht op het gedivergeerde MN in plaats van op het uitgerekte veld.

In hun laboratorium aan de Tohoku University, Kazunori Takahashi en Akira Ando hebben met succes de ruimtelijke overgang tussen de twee plasmatoestanden waargenomen die de MN divergeren en uitrekken. Hier, ze identificeerden de overgang toen het uitrekken van het veld werd gedetecteerd in het stroomafwaartse gebied van de MN, terwijl de plasmatoestand divergeert met de MN (d.w.z. stuwkrachtgeneratie door de MN) werd nog steeds gehandhaafd in het stroomopwaartse gebied van de MN.

Dit resultaat zou kunnen impliceren dat de plasmastroom het magnetische veld de ruimte in kan sturen terwijl de stuwkracht door de MN behouden blijft. Hoewel gedacht wordt dat de rek van het magnetische veld optreedt wanneer de plasmastroom een ​​bepaalde snelheid bereikt, de Alfven-snelheid genoemd, het experiment laat zien dat het eigenlijk langzamer gebeurt dan verwacht.

De variatie van de veldsterkte is vooralsnog slechts enkele procenten van de aangelegde magnetische veldsterkte, maar dit is een belangrijke eerste stap om het probleem van het losmaken van het plasma van het MN in de plasmastuwraket te overwinnen. Verder, dit experiment geeft enkele aanwijzingen over het gedrag van plasma in verschillende omgevingen, het overbruggen van de kloof tussen het laboratorium en de natuurlijke wereld.

Verdere gedetailleerde experimenten op een breed scala aan parameters, theoretische modellering en numerieke simulatie zijn nog steeds nodig.

Gedetailleerde informatie is te vinden in de paper gepubliceerd door Fysieke beoordelingsbrieven .