Um pesquisador da Universidade de Tohoku fez melhorias significativas em um propulsor de plasma sem eletrodo de alta potência, aproximando-nos da exploração espacial mais profunda.

O propulsor de plasma RF com bocal magnético operou em uma câmara de vácuo Mega hpt na Universidade de Tohoku. Crédito: Kazunori Takahashi

Estes avanços na tecnologia de propulsão eléctrica têm o potencial de revolucionar a indústria espacial, da mesma forma que as inovações no transporte terrestre, como automóveis, comboios e aeronaves, transformaram as suas respectivas indústrias.

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 propelente 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, uma vez que ficam expostos e danificados pelo plasma, especialmente em níveis 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 MN rf, ou propulsores helicon, como às vezes são conhecidos, oferecem simplicidade, flexibilidade operacional e uma relação impulso-potência potencialmente alta.

Mas o desenvolvimento de propulsores de plasma RF MN foi frustrado pela eficiência de conversão da potência RF em energia de impulso. Os primeiros experimentos geraram taxas de conversão de um dígito, mas estudos mais recentes alcançaram um resultado modesto de 20%.

Num 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 eléctrica maduros utilizem frequentemente gás xénon, que é caro e difícil de fornecer em quantidades suficientes, a actual eficiência de 30% foi obtida com o propulsor árgon. Isso indica que um propulsor de plasma 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. “A descoberta abre as portas para avanços na tecnologia de transporte espacial de alta potência.”

Referência: “Trinta por cento de eficiência de conversão de potência de radiofrequência em energia de impulso em um propulsor de plasma com bico magnético” por Kazunori Takahashi, 10 de novembro de 2022, Relatórios Científicos.
DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7

Fonte: Um passo mais perto de explorações mais profundas no espaço - desempenho aprimorado de propulsores de plasma

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