Plazma tahriki, gökbilimcilere ve uzay ajanslarına yoğun ilgi duyuyor. Geleneksel kimyasal roketlere göre önemli ölçüde yakıt verimliliği sunan son derece gelişmiş bir teknoloji olarak, şu anda uzay aracından ve uydulardan keşif görevlerine kadar her şeyde kullanılıyor. Geleceğe baktığımızda, akan plazma da manyetik gelişmiş füzyonun yanı sıra daha gelişmiş itme kavramları için araştırılmaktadır.
Bununla birlikte, plazma tahriki ile ilgili yaygın bir sorun, “nötrleştirici” olarak bilinen şeye dayanmasıdır. Uzay aracının şarjsız kalmasını sağlayan bu cihaz, güçte ek bir drenajdır. Neyse ki, York Üniversitesi ve École Polytechnique'den bir araştırma ekibi, nötrleştirici ile tamamen ortadan kaldıracak bir plazma itici tasarımını araştırıyor.
“Radyo-frekanslı elektrik alanları tarafından hızlandırılan akan plazmanın geçici yayılma dinamikleri” başlıklı araştırma bulgularını detaylandıran bir araştırma, bu ayın başlarında Plazma Fiziği - Amerikan Fizik Enstitüsü tarafından yayınlanan bir dergi. York Üniversitesi, York Plazma Enstitüsü'nden bir fizikçi olan Dr. James Dendrick tarafından yönetilen, kendi kendini düzenleyen bir plazma iticisi için bir konsept sunuyor.
Temel olarak, plazma tahrik sistemleri itici gazın iyonize edilmesi ve plazmaya dönüştürülmesi için elektrik gücüne dayanır (yani negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü iyonlar). Bu iyonlar ve elektronlar daha sonra itme kuvveti oluşturmak ve bir uzay aracını itmek için motor nozulları tarafından hızlandırılır. Örnekler arasında, her ikisi de yerleşik tahrik teknolojileri olan Gridded-ion ve Hall-etkili itici bulunmaktadır.
Gridden-iyon itici ilk olarak 1960'larda ve 70'lerde Uzay Elektrikli Roket Testi (SERT) programının bir parçası olarak test edildi. O zamandan beri NASA'lar tarafından kullanıldı şafak şu anda Ana Asteroit Kuşağı'ndaki Ceres'i keşfediyor. Ve gelecekte ESA ve JAXA, BepiColombo görevlerini Merkür'e itmek için Izgara demir iticileri kullanmayı planlıyor.
Benzer şekilde, Hall etkili iticiler 1960'lardan beri hem NASA hem de Sovyet uzay programları tarafından incelenmiştir. İlk olarak ESA'nın Teknoloji-1 İleri Araştırma için Küçük Görevleri (SMART-1) misyonunun bir parçası olarak kullanıldı. 2003 yılında başlatılan ve üç yıl sonra ay yüzeyine düşen bu misyon, Ay'a giden ilk ESA misyonu oldu.
Belirtildiği gibi, bu iticileri kullanan uzay araçlarının “yüksüz” kalmasını sağlamak için bir nötrleştirici gerekir. Geleneksel plazma iticileri, negatif yüklü olanlardan daha pozitif yüklü parçacıklar ürettiği için bu gereklidir. Bu nedenle nötrleştiriciler, pozitif ve negatif iyonlar arasındaki dengeyi korumak için elektronlar (negatif bir yük taşır) enjekte eder.
Şüphelenebileceğiniz gibi, bu elektronlar uzay aracının elektrik güç sistemleri tarafından üretilir, bu da nötrleştiricinin güç üzerinde ek bir tahliye olduğu anlamına gelir. Bu bileşenin eklenmesi aynı zamanda sevk sisteminin kendisinin daha büyük ve daha ağır olması gerektiği anlamına gelir. Bunu ele almak için, York / École Polytechnique ekibi, kendi başına nötr şarj olabilecek bir plazma itici için bir tasarım önerdi.
Neptün motoru olarak bilinen bu konsept ilk olarak 2014 yılında Dmytro Rafalskyi ve Ane Aanesland, École Polytechnique'in Plazma Fiziği Laboratuvarı'ndan (LPP) iki araştırmacı ve son makalede ortak yazarlar tarafından gösterildi. Gösterdikleri gibi, konsept ızgaralı iyon iticileri oluşturmak için kullanılan teknolojiyi temel alır, ancak karşılaştırılabilir miktarda pozitif ve negatif yüklü iyon içeren egzoz üretmeyi başarır.
Çalışmaları sırasında açıkladıkları gibi:
“Tasarımı, plazma hızlanma prensibine dayanıyor, böylece iyonların ve elektronların çakışan ekstraksiyonu, ızgaralı hızlandırma optiklerine salınımlı bir elektrik alanı uygulanarak elde ediliyor. Geleneksel ızgaralı iyon iticilerde, iyonlar, ekstraksiyon ızgaraları arasında bir doğru akım (dc) elektrik alanı uygulamak için belirlenmiş bir voltaj kaynağı kullanılarak hızlandırılır. Bu çalışmada, radyo frekansı (rf) gücü, plazmaya temas eden elektrikli ve topraklanmış yüzeylerin alanındaki farktan dolayı ekstraksiyon ızgaralarına bağlandığında bir dc kendinden taraflı voltaj oluşur. ”
Kısacası itici, radyo dalgalarının uygulanması yoluyla etkili bir şekilde nötr olan bir egzoz oluşturur. Bu, itme kuvvetine bir elektrik alanı ekleme ile aynı etkiye sahiptir ve bir nötrleştirici ihtiyacını etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Çalışmalarının bulduğu gibi, Neptün pervanesi aynı zamanda geleneksel bir iyon pervanesi ile karşılaştırılabilir bir itme kuvveti üretebilmektedir.
Teknolojiyi daha da ilerletmek için, York Plazma Enstitüsü'nden James Dedrick ve Andrew Gibson ile birlikte çalışarak pervanenin farklı koşullar altında nasıl çalışacağını incelediler. Dedrick ve Gibson gemide, plazma ışınının alanla nasıl etkileşime girebileceğini ve bunun dengeli yükünü etkileyip etkilemeyeceğini incelemeye başladılar.
Buldukları şey, motorun egzoz kirişinin kirişi nötr tutmakta büyük bir rol oynadığıydı, burada elektronların ekstraksiyon ızgaralarına sokulduktan sonra yayılması, plazma kirişindeki uzay yükünü telafi etmek için hareket ediyordu. Çalışmalarında belirttikleri gibi:
“[P] hase ile çözülmüş optik emisyon spektroskopisi, elektriksel ölçümler (iyon ve elektron enerji dağıtım fonksiyonları, iyon ve elektron akımları ve ışın potansiyeli) ile birlikte enerjik elektronların rf kendinden sapmalı çalışan plazma iticisi. Sonuçlar, ekstraksiyon ızgaralarında kılıf çökmesi aralığı sırasında elektronların yayılmasının plazma ışını içindeki boşluk yükünü telafi etmek için hareket ettiğini göstermektedir. ”
Doğal olarak, bir Neptün iticisinin kullanılmadan önce daha fazla teste ihtiyaç duyulacağını da vurgulamaktadırlar. Ancak sonuçlar cesaret verici, çünkü daha küçük ve daha küçük olan iyon iticilerinin daha kompakt ve enerji tasarruflu uzay araçlarına izin vermesi olasılığını sunuyorlar. Güneş Sistemini (ve ötesini) bir bütçeyle keşfetmek isteyen uzay ajansları için, böyle bir teknoloji arzu edilmezse hiçbir şey değildir!
