Os pesquisadores dizem que podem ter descoberto a solução para um problema que há muito impede o progresso com uma nova forma de propulsão a plasma que poderia um dia levar humanos a planetas distantes e potencialmente lançar uma nova era de exploração espacial.
O propulsor de camada dupla helicon (HDLT) é um protótipo de sistema de propulsão de propulsor de plasma que funciona injetando gás em um tubo de fonte aberta, onde a energia AC de radiofrequência produzida por uma antena ao seu redor ioniza eletromagneticamente o gás. Dentro deste plasma altamente carregado, uma onda helicoidal eletromagnética de baixa frequência é excitada pelo campo eletromagnético da antena, aquecendo ainda mais o plasma.
Esses propulsores de “bico magnético” aceleram o plasma que produzem para gerar impulso para espaçonaves, representando uma forma de propulsão elétrica com várias aplicações potenciais no projeto de espaçonaves. No entanto, enquanto os fluxos de plasma que ocorrem naturalmente dentro de campos magnéticos são frequentemente liberados ou “separados” – como quando ejeções coronais irrompem do Sol – fazer com que os plasmas se comportem da mesma maneira no laboratório é mais desafiador.
Parte da razão para isso tem a ver com o fato de que as linhas do campo magnético formam loops fechados, exigindo que um mecanismo para o fluxo de plasma seja separado do bocal magnético para que ocorra o empuxo. Embora os íons se desprendam facilmente por causa de seu raio de giro considerável, o mesmo não pode ser dito para os elétrons magnetizados, cujos campos elétricos agarram os íons e os devolvem à estrutura de impulso, anulando assim a produção de qualquer impulso real.
Agora, pesquisadores da Universidade de Tohoku e da Universidade Nacional Australiana anunciaram a demonstração experimental do transporte interno de elétrons em campo cruzado em um bocal magnético como resultado da excitação de ondas magnetossônicas. O resultado parece ser uma redução bem-sucedida na divergência de plasmas em expansão, bem como a neutralização relatada de íons desprendidos; descobertas que representam um avanço potencial na superação do problema de descolamento de plasma de longa data.
A professora Christine Charles, inventora do propulsor helicon de camada dupla e uma das coautoras do estudo recente da equipe, falou com o site The Debrief sobre as implicações que sua descoberta poderia ter no refinamento do desempenho do HDLT, especialmente em termos de avanço futuros sistemas de voos espaciais.
A Dra. Christine Charles disse ao The Debrief:
“Em experimentos de laboratório, o bocal magnético e o fluxo de plasma são encerrados por uma parede da câmara de vácuo. As linhas de campo magnético fechadas não podem ser alcançadas dentro da câmara de vácuo devido ao seu tamanho finito.”
No entanto, quando os fluxos de plasma colidem com as paredes da câmara de vácuo, Charles diz que o momento originário do propulsor acaba sendo transferido para lá, resultando na força de reação igual, mas oposta, sendo exercida no propulsor.
Ela disse:
“Portanto, ainda não sabemos o que aconteceria se o testássemosno espaço infinito.”
No entanto, a nova pesquisa da equipe é promissora, pois, em suas observações mais recentes no laboratório, os elétrons demonstraram se comportar de maneiras muito diferentes das instâncias anteriores, que deram origem ao problema de desprendimento do plasma.
Ela disse:
“No laboratório, o presente experimento surpreendentemente mostra o sinal que leva ao desprendimento do elétron do bocal magnético.”
Normalmente, quando os elétrons se tornam magnetizados, isso resulta em sua órbita se tornando ligada às linhas do campo magnético. No entanto, em seus experimentos recentes, Charles diz que o transporte interno de elétrons “contribui para o desvio da órbita do elétron das linhas do campo magnético”.
Ela informou:
“Como a direção do transporte de elétrons é a mesma do transporte de íons, os elétrons difusores de campo cruzado podem neutralizar os íons que se desprendem das linhas do campo magnético.
Portanto, esses resultados estabelecem um cenário válido para o desprendimento do plasma do bocal magnético.”
O HDLT, originalmente baseado em tecnologias desenvolvidas por Rod W. Boswell, também um dos coautores do artigo, emprega uma combinação de um campo elétrico acelerado e a ausência de qualquer necessidade de um neutralizador. Isso torna seu uso vantajoso como meio de propulsão a plasma, embora ainda existam problemas que possam limitar a rapidez com que o HDLT possa ser implementado em sistemas de voo espacial reais.
Ela alertou:
“Ainda há uma série de desafios de engenharia a serem resolvidos para o desenvolvimento do modelo de voo, como o sistema de radiofrequência, o design térmico, a resistência e os testes de vida útil.
Estamos trabalhando em um ambiente universitário mais adequado para a prototipagem de propulsores. Para que um sistema de propulsão tão grande seja adequado para uso espacial, precisaremos de parceiros da indústria e/ou de uma agência espacial.”
Felizmente, no passado, a NASA já expressou o desejo de colaborar com Charles e o Plasma Research Lab da Australian National University. Embora a propulsão química de foguetes continue sendo o padrão atual nas viagens espaciais do século XXI devido ao impressionante impulso que gera, a taxa de queima de propulsores químicos ainda é muito menos eficiente do que os sistemas de propulsão a plasma. Além disso, baixas taxas de impulso específico reduzem a velocidade máxima que pode ser alcançada pela propulsão química de foguetes, aumentando assim o tempo necessário para viagens espaciais usando esse método de propulsão, o que complica especialmente qualquer missão espacial tripulada em perspectiva para planetas próximos. Por outro lado, os sistemas de propulsão a plasma poderiam superar isso, fornecendo viagens espaciais mais rápidas e eficientes.
O artigo recente de Charles e sua equipe, “Wave-driven electron inward transport in a magnetic nozzle”, escrito com o autor principal Kazunori Takahashi e o coautor Rod Boswell, foi publicado na Scientific Reports e pode ser lido online.
(Fonte)
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