플라즈마 추진은 천문학 자 및 우주 기관에 관심이 많은 주제입니다. 기존의 화학 로켓에 비해 상당한 연료 효율을 제공하는 고급 기술인이 기술은 현재 우주선 및 위성에서 탐색 임무에 이르기까지 모든 분야에서 사용되고 있습니다. 그리고 미래를 바라 볼 때, 유동 플라즈마는보다 진보 된 추진 개념 및 자기 혼입 핵융합에 대해서도 연구되고있다.
그러나, 플라즈마 추진의 일반적인 문제는 그것이 "중화제"로 알려진 것에 의존한다는 사실이다. 우주선이 충전 중립 상태를 유지할 수있게 해주는이 기기는 추가적인 전력 소모입니다. 운 좋게도 요크 대학교 (University of York)와 에콜 폴리 테크닉 (Ecole Polytechnique)의 연구팀은 중화기를 완전히 없앨 플라즈마 스러 스터 디자인을 조사하고있다.
"무선 주파수 전기장에 의해 가속되는 흐르는 플라즈마의 과도 전파 역학"이라는 제목의 연구 결과가 이달 초에 발표되었습니다. 플라즈마 물리학 – 미국 물리 연구소에서 발행 한 저널. York University의 York Plasma Institute 물리학 자 James Dendrick 박사가 이끄는 이들은 스스로 조절하는 플라즈마 스러 스터에 대한 개념을 제시합니다.
기본적으로, 플라즈마 추진 시스템은 추진제 가스를 이온화하고이를 플라즈마 (즉, 음으로 하전 된 전자 및 양으로 하전 된 이온)로 변환하기 위해 전력에 의존한다. 이러한 이온과 전자는 엔진 노즐에 의해 가속되어 추력을 생성하고 우주선을 추진합니다. 예는 Gridded-ion 및 Hall-effect 스러 스터를 포함하며, 둘 다 추진 기술이 확립되어 있습니다.
Gridden-ion thruster는 1960 년대와 70 년대에 SERT (Space Electric Rocket Test) 프로그램의 일부로 처음 테스트되었습니다. 그 이후로 NASA는 새벽 현재 메인 소행성대에서 세레스를 탐험 중입니다. 그리고 앞으로 ESA와 JAXA는 그리드 철철 스러 스터를 사용하여 BepiColombo 임무를 Mercury에 추진할 계획입니다.
유사하게, 홀 효과 스러 스터는 1960 년대 이래 NASA와 소련 우주 프로그램에 의해 조사되었다. 이 기술은 ESA의 SMART-1 (Technology Research in Advanced Research) (SMART-1) 미션의 일부로 처음 사용되었습니다. 2003 년에 시작되어 3 년 후 달 표면에 충돌 한이 임무는 달로가는 최초의 ESA 임무였습니다.
언급 한 바와 같이,이 추진기를 사용하는 우주선은 모두“충전 중립”상태를 유지하기 위해 중화제를 필요로합니다. 이것은 종래의 플라즈마 스러 스터가 음으로 하전 된 것보다 더 양으로 하전 된 입자를 생성하기 때문에 필요하다. 이와 같이, 중화제는 양이온과 음이온 사이의 균형을 유지하기 위해 전자 (음전하를 운반)를 주입한다.
당신이 생각할 수 있듯이,이 전자들은 우주선의 전력 시스템에 의해 생성되는데, 이는 중화기가 추가적인 전력 소모 드레인임을 의미합니다. 이 구성 요소를 추가하면 추진 시스템 자체가 더 크고 무거워 져야합니다. 이를 해결하기 위해 York / École Polytechnique 팀은 자체적으로 중립 상태를 유지할 수있는 플라즈마 스러 스터 설계를 제안했습니다..
Neptune 엔진으로 알려진이 개념은 2014 년에 에콜 폴리 테크닉 연구소의 플라즈마 물리학 연구소 (LPP)의 두 연구원이자 최근 논문의 공동 저자 인 Dmytro Rafalskyi와 Ane Aanesland에 의해 처음 입증되었습니다. 시연 한 바와 같이,이 개념은 그리드 이온 스러 스터를 만드는 데 사용 된 기술을 기반으로하지만, 양의 양 및 음으로 하전 된 이온을 포함하는 배기 가스를 생성합니다.
그들이 연구 과정에서 설명 할 때 :
“이 디자인은 플라즈마 가속의 원리를 기반으로하므로, 그리드 전기 가속 광학에 진동 전기장을 적용함으로써 이온과 전자의 일치 추출이 달성됩니다. 전통적인 그리드 이온 스러 스터에서, 추출 그리드 사이에 직류 (dc) 전기장을인가하기 위해 지정된 전압 소스를 사용하여 이온이 가속됩니다. 이 작업에서, 플라즈마와 접촉하는 전원 표면과 접지 표면의 면적 차이로 인해 무선 주파수 (rf) 전력이 추출 그리드에 결합 될 때 dc 자체 바이어스 전압이 형성됩니다.”
요컨대, 스러 스터는 전파의 적용을 통해 효과적으로 충전 중립 인 배기 가스를 생성합니다. 이것은 스러스트에 전기장을 추가하는 것과 동일한 효과를 가지며, 중화제의 필요성을 효과적으로 제거합니다. 연구 결과, Neptune 스러 스터는 기존 이온 스러 스터와 비슷한 스러스트를 생성 할 수 있습니다.
이 기술을 더욱 발전시키기 위해 York Plasma Institute의 James Dedrick 및 Andrew Gibson과 팀을 이루어 스러 스터가 다른 조건에서 어떻게 작동하는지 연구했습니다. Dedrick과 Gibson은 기내에서 플라즈마 빔이 공간과 어떻게 상호 작용하고 이것이 균형 전하에 영향을 미치는지 연구하기 시작했습니다.
그들이 찾은 것은 엔진의 배기 빔이 빔을 중립으로 유지하는 데 큰 역할을한다는 것인데, 여기서 전자가 추출 그리드에 도입 된 후 전자의 전파는 플라즈마 빔의 공간 전하를 보상하는 역할을합니다. 그들이 연구에서 언급 한대로 :
“[P] hase-resolved optical emission spectroscopy는 전기 측정 (이온 및 전자 에너지 분포 함수, 이온 및 전자 전류 및 빔 전위)과 함께 적용되어 전자에 의해 생성 된 흐르는 플라즈마에서 에너지 전자의 과도 전파를 연구합니다. rf 자체 바이어스 구동 플라즈마 스러 스터. 결과는 추출 그리드에서 피복 붕괴 간격 동안 전자의 전파가 플라즈마 빔에서 공간 전하를 보상하는 작용을한다는 것을 시사한다.”
당연히 그들은 해왕성 스러 스터를 사용하기 전에 추가 테스트가 필요할 것이라고 강조합니다. 그러나 더 가볍고 작은 이온 스러 스터의 가능성을 제공하기 때문에 더욱 컴팩트하고 에너지 효율적인 우주선이 가능하기 때문에 결과는 고무적입니다. 예산으로 태양계 (및 그 이상)를 탐색하려는 우주 기관의 경우 이러한 기술은 바람직하지 않습니다!
