Propulsor de doble capa Helicon

El propulsor de doble capa Helicón es un prototipo de propulsión eléctrica para naves espaciales . Fue creado por la científica australiana Christine Charles , basándose en una tecnología inventada por el profesor Rod Boswell , ambos de la Universidad Nacional Australiana .

El diseño ha sido verificado por la ESA , que participa en su desarrollo.

Un propulsor de doble capa helicónico (HDLT) es un tipo de propulsor de plasma que expulsa gas ionizado a alta velocidad para proporcionar empuje a una nave espacial . En este diseño de propulsor, se inyecta gas en una cámara tubular (el tubo fuente ) con un extremo abierto. La energía de CA de radiofrecuencia (a 13,56 MHz en el diseño del prototipo) se acopla a una antena de forma especial que envuelve la cámara. La onda electromagnética emitida por la antena hace que el gas se descomponga y forme un plasma. Luego, la antena excita una onda helicónica en el plasma, que calienta aún más el plasma.

El dispositivo tiene un campo magnético aproximadamente constante en el tubo fuente (suministrado por solenoides en el prototipo), pero el campo magnético diverge y disminuye rápidamente en magnitud alejándose de la región fuente, y podría considerarse como una especie de boquilla magnética . En funcionamiento, existe un límite nítido entre el plasma denso dentro de la región fuente y el plasma menos denso en el escape, que se asocia con un cambio brusco en el potencial eléctrico. Las propiedades del plasma cambian rápidamente a través de este límite, lo que se conoce como una doble capa eléctrica libre de corriente . El potencial eléctrico es mucho mayor dentro de la región fuente que en el escape, y esto sirve tanto para confinar la mayoría de los electrones como para acelerar los iones lejos de la región fuente. Suficientes electrones escapan de la región fuente para garantizar que el plasma en el escape sea neutral en general. Como la mayoría de los dispositivos de propulsión de iones, el HDLT es un propulsor de bajo empuje y alto impulso específico (alta I _sp ).

En 2010, se realizó la prueba inicial de empuje de un prototipo de propulsor de 15 cm de diámetro, que funcionaba en modo de campo magnético bajo; sin embargo, sería necesario un método de prueba más completo para calcular correctamente el empuje total. ^{[1] En 2014, el prototipo final del propulsor se estaba sometiendo a pruebas en la instalación de simulación espacial denominada "Wombat XL", ubicada en el} Observatorio Mount Stromlo de la Universidad Nacional Australiana (ANU) . ^{[2] [3]}

El HDLT tiene dos ventajas principales sobre la mayoría de los demás diseños de propulsores iónicos . En primer lugar, crea un campo eléctrico de aceleración sin insertar componentes poco fiables como rejillas de alto voltaje en el plasma (el único componente que mira hacia el plasma es el robusto recipiente de plasma); en segundo lugar, no se necesita un neutralizador , ya que se emiten cantidades iguales de electrones e iones positivos (con carga simple). Por lo tanto, sin piezas mecánicas móviles ni susceptibilidad a la erosión, explica Charles, "siempre que proporciones la energía y el propulsor, puedes continuar indefinidamente". ^[2]

La principal aplicación de este diseño de propulsor está destinada a la permanencia en la posición de los satélites, transferencias de órbitas LEO a GEO a largo plazo y aplicaciones en el espacio profundo. Si bien un diseño típico podría proporcionar una vida útil de 50 años, ^{[ cita requerida ]} o un ahorro de 1000 libras (450 kg) de peso de lanzamiento para satélites grandes , este tipo de propulsor también podría reducir significativamente la duración de los viajes espaciales interplanetarios. ^[4] Por ejemplo, un viaje a Marte podría acortarse a tres meses en lugar de los ocho a nueve meses que requieren los cohetes químicos convencionales. ^{[5] [6] [ verificación fallida ]}

• Cohete magnetoplasmático de impulso específico variable (VASIMR)

• Probaron un propulsor de plasma para la misión a Marte
• Construcción de un propulsor iónico en Australia (2012)
• Laboratorio de Propulsión de la ESA Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine
• Frasco de plasma hacia las estrellas (2014)