Scoperto come migliorare le prestazioni dei propulsori al plasma

Un ricercatore della Tohoku University ha trovato il modo di migliorare le prestazioni dei propulsori al plasma senza elettrodi ad alta potenza, avvicinandoci di un passo alla possibilità di poter effettuare esplorazioni più profonde nello spazio.

Le innovazioni nelle tecnologie di trasporto terrestre, come automobili, treni e aerei, hanno finora guidato le tecnologie e le industrie storiche; ora, una svolta simile sta avvenendo nello spazio grazie alla tecnologia di propulsione elettrica.

La propulsione elettrica è una tecnica che utilizza i campi elettromagnetici per accelerare un propellente e per generare una spinta che aziona un veicolo spaziale. Le agenzie spaziali hanno aperto la strada alla tecnologia di propulsione elettrica come futuro dell’esplorazione spaziale.

Diverse missioni spaziali sono già state completate con successo utilizzando dispositivi di propulsione elettrica, come propulsori ionici a griglia e propulsori Hall. L’energia solare viene convertita in energia di spinta quando il propellente viene ionizzato, diventando un plasma, e viene accelerato dai campi elettromagnetici. Tuttavia, gli elettrodi necessari per questi dispositivi ne limitano la durata, poiché sono esposti al plasma le cui temperature li danneggiano, soprattutto a un livello di potenza elevata.

Per aggirare questo problema, gli scienziati hanno cercato di risolvere il problema progettando propulsori al plasma senza elettrodi. Una di queste tecnologie sfrutta la radiofrequenza (rf) per generare plasma. Un’antenna emette onde radio in una camera cilindrica per creare plasma, dove, poi, un ugello magnetico canalizza e accelera il plasma per generare spinta. I propulsori al plasma MN rf, o propulsori elicoidali come talvolta sono conosciuti, offrono semplicità, flessibilità operativa e un rapporto spinta/potenza potenzialmente elevato.

Ma lo sviluppo dei propulsori al plasma MN rf è stato ostacolato dall’efficienza di conversione della potenza rf in energia di spinta. I primi esperimenti hanno generato tassi di conversione a una cifra, ma studi più recenti hanno raggiunto un risultato modesto del 20%.

In un recente studio pubblicato su Scientific Reports, però, il professor Kazunori Takahashi, del Dipartimento di ingegneria elettrica della Tohoku University, ha raggiunto un’efficienza di conversione del 30%.

Sebbene i dispositivi di propulsione elettrica maturi utilizzino spesso gas xeno, che è costoso e difficile da fornire in quantità sufficienti, l’attuale efficienza del 30% è stata ottenuta con propellente argon. Ciò indica che un propulsore al plasma MN rf potrebbe ridurre i costi e il carico di risorse necessarie.

“L‘applicazione di un campo magnetico a cuspide ha inibito la perdita di energia che generalmente si verifica sulla parete della sorgente di plasma“, ha detto Takahashi. “La svolta apre le porte a nuovi progressi per la tecnologia del trasporto spaziale ad alta potenza“.