Propulsor de plasma sin electrodos

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El propulsor de plasma sin electrodos es un motor de propulsión para naves espaciales comercializado bajo el acrónimo "E-IMPAcT" (Electrodeless-Ionization Magnetized Ponderomotive Acceleration Thruster). Fue creado por Gregory Emsellem, basándose en la tecnología desarrollada por el científico de la Comisión de Energía Atómica francesa Dr. Richard Geller y el Dr. Terenzio Consoli, para la producción de haces de plasma a alta velocidad .

El propulsor de plasma sin electrodos fue desarrollado y adaptado a diversas necesidades de propulsión de naves espaciales por The Elwing Company entre 2002 y 2015.

1. El propulsor se inyecta en el lado ascendente del cuerpo del propulsor. En los casos en que el propulsor utilizado no es gaseoso (por ejemplo, metales alcalinos ) a la temperatura local, el propulsor debe vaporizarse. ^[1]
2. El propulsor gaseoso se ioniza mediante uno de los siguientes métodos:
   • bombardear el propulsor con electrones emitidos por un cátodo caliente o por un cañón de electrones .
   • una descarga eléctrica en estado estable entre dos electrodos.
   • aplicando un campo eléctrico alterno ya sea a través de una descarga capacitiva o una descarga inductiva o incluso una descarga de helicón .
   • ondas electromagnéticas de diversas frecuencias, desde radiofrecuencia hasta rayos gamma , lo que es especialmente útil para el propulsor sólido, en cuyo caso el propulsor puede ser vaporizado e ionizado simultáneamente por un impulso láser .
3. Como la etapa de ionización está sometida a un campo magnético constante , el proceso de ionización puede utilizar una de las numerosas resonancias existentes en el plasma magnetizado, como la resonancia ciclotrón iónico (ICR), la resonancia ciclotrón electrónico (ECR) o la oscilación híbrida inferior , para producir un plasma frío de alta densidad .
4. El plasma frío y denso, producido por la etapa de ionización, luego se desplaza hacia la etapa de aceleración por difusión a través de una región de mayor intensidad de campo magnético.
5. En la etapa de aceleración, el plasma propulsor es acelerado por una fuerza ponderomotriz magnetizada en un área donde se aplican simultáneamente campos magnéticos estáticos no uniformes y campos electromagnéticos de alta frecuencia no uniformes.

Esta tecnología de propulsor puede ofrecer una gran densidad de empuje ya que el proceso de aceleración no está limitado por la densidad del plasma a través del parámetro Hall o el apantallamiento eléctrico de la rejilla. Además, como la fuerza ponderomotriz acelera todas las especies de plasma en la misma dirección, esta tecnología de propulsor no necesita ningún neutralizador. El hecho de que el propulsor de plasma sin electrodos sea inherentemente multietapa le permite optimizar ambas etapas de forma independiente, o estrangular el propulsor a potencia constante entre un impulso específico más alto y un empuje más alto . El campo de fuerza ponderomotriz se crea mediante un campo de alta frecuencia no uniforme y un campo magnético estático, por lo que implica que no hay rejillas ni contacto entre el plasma y ningún electrodo, por lo que evita la mayoría de los problemas de erosión del propulsor y contaminación de la nave espacial.

Los sistemas de propulsión basados ​​en propulsores de plasma sin electrodos parecen ser ideales para elevar la órbita de los grandes satélites geoestacionarios y también podrían mantener la posición orbital , lo que permitiría un importante ahorro de masa de combustible. La capacidad de esta tecnología para proporcionar una gran densidad de empuje también permite misiones más rápidas a los planetas exteriores.

El uso de la fuerza ponderomotriz para acelerar un plasma ha sido investigado recientemente desde un punto de vista teórico por los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton IY Dodin, Y. Raitses y NJ Fisch. ^[2]

También se han publicado algunas investigaciones teóricas en torno a la debatida cuestión de la existencia de una doble capa en un propulsor de este tipo, incluso si dicha estructura de doble capa no tuviera corriente, ya que tanto los iones como los electrones viajan en la misma dirección a la misma velocidad terminal media. La existencia de una doble capa sin corriente todavía es motivo de debate entre los físicos del plasma.

• Excitación de plasma sin electrodos
• Lámpara sin electrodos

• Documento de la AIAA sobre esta tecnología
• Lista de artículos, presentaciones y patentes de la empresa Elwing sobre esta tecnología