Gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno sviluppato una versione modificata di un propulsore Hall al plasma che aumenta la durata del razzo e produce alta potenza.
Una modifica al sistema di propulsione del razzo
I propulsori Hall senza pareti (wall-less) possono ridurre al minimo l’erosione del canale, ma presentano il problema dell’allargamento, o divergenza, del pennacchio di spinta del plasma, che riduce le prestazioni del sistema.
Per arginare questa difficoltà, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory hanno installato, su un nuovo sistema wall-less, un’innovazione sotto forma di un elettrodo segmentato, un vettore di corrente unito concentricamente.
«In breve, i propulsori Hall senza pareti, sebbene promettenti, hanno un pennacchio sfocato a causa della mancanza di pareti del canale – spiega il ricercatore Jacob Simmonds – quindi dovevamo trovare un modo per concentrare il pennacchio e aumentare la spinta e l’efficienza.»
L’elettrodo segmentato devia parte della corrente elettrica dall’elettrodo standard ad alta tensione del propulsore per modellare il plasma, restringere e migliorare la messa a fuoco del pennacchio.
L’elettrodo crea questo effetto cambiando le direzioni delle forze all’interno del plasma, in particolare quelle sul plasma allo xeno ionizzato che il sistema accelera per azionare il razzo. La ionizzazione ha trasformato il gas xeno utilizzato nel processo in elettroni indipendenti e nuclei atomici o ioni.
Riduzione delle instabilità del propulsore Hall
Questi sviluppi hanno aumentato la densità della spinta, un obiettivo chiave per i propulsori Hall. Un ulteriore vantaggio dell’elettrodo segmentato è stata la riduzione delle instabilità plasmatiche chiamate oscillazioni della modalità di respirazione.
Dove la quantità di plasma aumenta e diminuisce periodicamente al variare della velocità di ionizzazione nel tempo” Sorprendentemente l’elettrodo segmentato ha causato la scomparsa di queste oscillazioni” conclude il ricercatore.
Il nuovo razzo ad alta densità di spinta può essere particolarmente vantaggioso per minuscoli satelliti cubici o CubeSat.
Credit: Foto di Yamada and Raitses di Elle Starkman/Office of Communications; foto di Simmonds di Tyler Boothe. Collage di Kiran Sudarsanan