Melhorando o desempenho dos propulsores de plasma sem eletrodo para propulsão espacial.
As missões espaciais já usam dispositivos de propulsão elétrica, onde os campos eletromagnéticos são utilizados para gerar o impulso da espaçonave. Um desses dispositivos sem eletrodos, que aproveita a radiofrequência (rf) para gerar plasma e um bocal magnético (MN) para canalizar e acelerar o plasma, mostrou-se imensamente promissor em ultrapassar os limites das viagens espaciais. Mas os cientistas até agora falharam em conseguir uma conversão eficiente da potência de RF em energia de impulso. Agora, um pesquisador alcançou uma impressionante eficiência de conversão de 30%.
Um pesquisador da Universidade de Tohoku aumentou o desempenho de um propulsor de plasma sem eletrodo de alta potência, levando-nos um passo mais perto de explorações mais profundas no espaço.
Inovações em tecnologias de transporte terrestre, como carros, trens e aeronaves, impulsionaram tecnologias e indústrias históricas até agora; agora, um avanço semelhante está ocorrendo no espaço graças à tecnologia de propulsão elétrica.
A propulsão elétrica é uma técnica que utiliza campos eletromagnéticos para acelerar um propelente e gerar impulso que impulsiona uma espaçonave. As agências espaciais foram pioneiras na tecnologia de propulsão elétrica como o futuro da exploração espacial.
Várias missões espaciais já foram concluídas com sucesso usando dispositivos de propulsão elétrica, como propulsores de íons em grade e propulsores Hall. A energia solar é convertida em energia de impulso quando o propulsor se torna ionizado, ou seja, um plasma, e é acelerado por campos eletromagnéticos. No entanto, os eletrodos necessários para esses dispositivos limitam sua vida útil, pois ficam expostos e danificados pelo plasma, especialmente em um nível de alta potência.
Para contornar isso, os cientistas recorreram a propulsores de plasma sem eletrodos. Uma dessas tecnologias aproveita a radiofrequência (rf) para gerar plasma. Uma antena emite ondas de rádio em uma câmara cilíndrica para criar plasma, onde um bocal magnético canaliza e acelera o plasma para gerar impulso. Os propulsores de plasma de RF MN, ou propulsores de helicon, como às vezes são conhecidos, oferecem simplicidade, flexibilidade operacional e uma relação potência/potência potencialmente alta.
Mas o desenvolvimento de propulsores de plasma de RF MN foi bloqueado pela eficiência de conversão da potência de RF em energia de impulso. Os primeiros experimentos geraram taxas de conversão de um dígito, mas estudos mais recentes chegaram a um resultado modesto de 20%.
Em um estudo recente, o professor Kazunori Takahashi, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Tohoku, alcançou uma eficiência de conversão de 30%.
Embora os dispositivos de propulsão elétrica maduros geralmente usem gás xenônio, que é caro e difícil de fornecer em quantidades suficientes, a eficiência atual de 30% foi obtida com propelente de argônio. Isso indica que um propulsor de plasma de RF MN reduziria o custo e a carga de recursos da Terra.
“A aplicação de um campo magnético do tipo cúspide inibiu a perda de energia que geralmente ocorre na parede da fonte de plasma”, disse Takahashi. “O avanço abre as portas para avanços na tecnologia de transporte espacial de alta potência.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade de Tohoku.
Referência do periódico :
- Kazunori Takahashi. Eficiência de conversão de trinta por cento de energia de radiofrequência para energia de impulso em um propulsor de plasma de bico magnético . Relatórios Científicos , 2022; 12 (1) DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7
