Plasma -framdrivning är en viktig och effektiv teknik som används för att styra rymdfarkoster för jordobservation, kommunikation och grundläggande utforskning av yttre rymden.

Plasma -framdrivningssystem använder elektrisk kraft för att jonisera drivgas och omvandla den till materiens fjärde tillstånd, kallas plasma. Elektriskt laddade joner och elektroner accelereras i en avgasstråle för att generera dragkraft och driva rymdfarkosten.

De mest etablerade elektriska framdrivningskoncepten, till exempel gallrar-jonpropellrar, accelerera och avge ett större antal positivt laddade partiklar än de med negativ laddning. För att rymdfarkosten ska förbli laddningsneutral, en "neutralisator" används för att injicera elektroner för att exakt balansera den positiva jonladdningen i avgasstrålen. Dock, neutralisatorn kräver extra kraft från rymdfarkosten och ökar framdriftssystemets storlek och vikt.

Ett team från University of York och École Polytechnique undersöker hur neutralisatorn helt kan tas bort. Forskarna rapporterar sina fynd den här veckan i tidskriften Plasmas fysik .

Under 2014, Dmytro Rafalskyi och Ane Aanesland från laboratoriet för plasmafysik, École Polytechnique, Frankrike demonstrerade ett nytt koncept för elektrisk framdrivning. Konceptet, kallas Neptunus, utnyttjar det teknologiska arvet hos gallrar-jonpropellrar. Dock, eftersom jämförbara antal positivt och negativt laddade partiklar finns i avgasstrålen behövs inte längre neutraliseraren.

För att vidareutveckla Neptunus -konceptet mot rymdfärd, forskarna var intresserade av att förstå hur plasma interagerar med accelerationssystemet så att en laddningsneutral stråle genereras. De samarbetade med James Dedrick och Andrew Gibson från York Plasma Institute, University of York, U.K. för att studera hur plasmabeteende varierar i förhållande till rumslig placering, tid och partikel energi.

"Den direkta observationen av hur energiska plasmasorter beter sig på nanosekundens tidsskalor i Neptunusstrålen hjälper oss att bättre kontrollera de processer som ligger till grund för neutralisering, "Sa Dedrick.

Som en del av deras utredning, forskarna studerade dynamiken hos negativt laddade energiska elektroner i thrusterns avgasstråle och deras beteende observerades spela en nyckelroll i strålneutralisering.

"Vi tror att detta härrör från en komplex interaktion mellan plasma- och accelerationsnät, som är mycket beroende av partikeldynamiken i närheten av rutnätets yta, "Sa Dedrick.