A propulsão de plasma é uma tecnologia importante e eficiente usada para controlar espaçonaves para observação da Terra, comunicações e exploração fundamental do espaço sideral.

Os sistemas de propulsão de plasma usam energia elétrica para ionizar o gás propelente e transformá-lo no quarto estado da matéria, conhecido como plasma. Íons e elétrons eletricamente carregados são acelerados em um feixe de exaustão para gerar impulso e impulsionar a espaçonave.

Os conceitos de propulsão elétrica mais estabelecidos, por exemplo, propulsores de íons em grade, aceleram e emitem um número maior de partículas carregadas positivamente do que aquelas com carga negativa. Para permitir que a espaçonave permaneça com carga neutra, um "neutralizador" é usado para injetar elétrons para equilibrar exatamente a carga de íons positivos no feixe de exaustão. Contudo, o neutralizador requer energia adicional da espaçonave e aumenta o tamanho e o peso do sistema de propulsão.

Uma equipe da Universidade de York e da École Polytechnique está investigando como o neutralizador pode ser removido por completo. Os pesquisadores relatam suas descobertas esta semana no jornal Física dos Plasmas .

Em 2014, Dmytro Rafalskyi e Ane Aanesland do Laboratório de Física do Plasma, École Polytechnique, A França demonstrou um novo conceito de propulsão elétrica. O conceito, chamado Netuno, alavanca a herança tecnológica de propulsores de íons em grade. Contudo, como números comparáveis ​​de partículas carregadas positivamente e negativamente estão presentes no feixe de exaustão, o neutralizador não é mais necessário.

Para desenvolver ainda mais o conceito de Netuno em direção ao voo espacial, os pesquisadores estavam interessados ​​em entender como o plasma interage com o sistema de aceleração para que um feixe de carga neutra seja gerado. Eles se juntaram a James Dedrick e Andrew Gibson do York Plasma Institute, Universidade de York, Reino Unido para estudar como o comportamento do plasma varia em relação à localização espacial, tempo e energia das partículas.

"A observação direta de como as espécies de plasma energético se comportam em escalas de tempo de nanossegundos no feixe de Netuno nos ajudará a controlar melhor os processos que sustentam a neutralização, "Dedrick disse.

Como parte de sua investigação, os pesquisadores estudaram a dinâmica de elétrons energéticos carregados negativamente no feixe de exaustão do propulsor e observou-se que seu comportamento desempenha um papel fundamental na neutralização do feixe.

"Acreditamos que isso decorra de uma interação complexa entre o plasma e as grades de aceleração, que é altamente dependente da dinâmica das partículas próximas à superfície da grade, "Dedrick disse.