La propulsione al plasma è una tecnologia importante ed efficiente utilizzata per controllare i veicoli spaziali per l'osservazione della Terra, comunicazioni e l'esplorazione fondamentale dello spazio esterno.

I sistemi di propulsione al plasma utilizzano l'energia elettrica per ionizzare il gas propellente e trasformarlo nel quarto stato della materia, noto come plasma. Gli ioni e gli elettroni caricati elettricamente vengono accelerati in un raggio di scarico per generare spinta e spingere il veicolo spaziale.

I concetti di propulsione elettrica più affermati, per esempio propulsori a ioni a griglia, accelerare ed emettere un numero maggiore di particelle con carica positiva rispetto a quelle con carica negativa. Per consentire al veicolo spaziale di rimanere a carica neutra, un "neutralizzatore" viene utilizzato per iniettare elettroni per bilanciare esattamente la carica di ioni positivi nel fascio di scarico. Però, il neutralizzatore richiede potenza aggiuntiva dal veicolo spaziale e aumenta le dimensioni e il peso del sistema di propulsione.

Un team dell'Università di York e dell'École Polytechnique sta studiando come rimuovere del tutto il neutralizzante. I ricercatori riportano i loro risultati questa settimana sulla rivista Fisica dei Plasmi .

Nel 2014, Dmytro Rafalskyi e Ane Aanesland del Laboratorio di Fisica del Plasma, École Polytechnique, La Francia ha dimostrato un nuovo concetto di propulsione elettrica. Il concetto, chiamato Nettuno, sfrutta il patrimonio tecnologico dei propulsori a ioni a griglia. Però, poiché nel fascio di scarico è presente un numero comparabile di particelle cariche positivamente e negativamente, il neutralizzatore non è più necessario.

Per sviluppare ulteriormente il concetto di Nettuno verso il volo spaziale, i ricercatori erano interessati a capire come il plasma interagisce con il sistema di accelerazione in modo da generare un raggio a carica neutra. Hanno collaborato con James Dedrick e Andrew Gibson dello York Plasma Institute, Università di York, Regno Unito per studiare come varia il comportamento del plasma in relazione alla posizione spaziale, tempo ed energia delle particelle.

"L'osservazione diretta di come si comportano le specie di plasma energetico su scale temporali di nanosecondi nel raggio di Nettuno ci aiuterà a controllare meglio i processi alla base della neutralizzazione, "Dedrick ha detto.

Come parte della loro indagine, i ricercatori hanno studiato la dinamica degli elettroni energetici caricati negativamente nel fascio di scarico del propulsore e si è osservato che il loro comportamento svolge un ruolo chiave nella neutralizzazione del fascio.

"Crediamo che questo derivi da una complessa interazione tra il plasma e le griglie di accelerazione, che è fortemente dipendente dalla dinamica delle particelle vicino alla superficie della griglia, "Dedrick ha detto.