Ingenieure der Universität Virginia treiben die Technologie der elektrischen Antriebe (EP) voran, die entscheidend für die zukünftige Weltraumforschung ist. Assistenzprofessor Chen Cui untersucht die Dynamik von Elektronen in Plasma-Strahlen, die von EP-Triebwerken emittiert werden, mit dem Ziel, deren Effizienz und Zuverlässigkeit für Langzeitmissionen zu verbessern.
Cuís Forschung, die in Zusammenarbeit mit USC-Professor Joseph Wang durchgeführt wurde, wurde im Dezember 2024 veröffentlicht und liefert Einblicke in das Verhalten von Elektronen im Plasma. Dieses Verständnis ist entscheidend, da der von den Triebwerken emittierte Strahl nicht nur als Abgas dient, sondern auch eine kritische Rolle für die Integrität des Antriebssystems spielt.
Elektrische Antriebssysteme bieten erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen chemischen Raketen, darunter eine höhere Kraftstoffeffizienz und die Möglichkeit, mit weniger Treibstoff längere Strecken zurückzulegen. Sie sind besonders geeignet für Missionen wie das Artemis-Programm der NASA, das darauf abzielt, Menschen zum Mond zurückzubringen und schließlich Astronauten zum Mars zu senden.
Die Interaktion zwischen dem Plasma-Strahl und den Komponenten des Raumfahrzeugs stellt jedoch Herausforderungen dar. Wenn Partikel zurück zum Raumfahrzeug fließen, besteht die Gefahr, dass sie wichtige Ausrüstungen beschädigen. Daher ist ein umfassendes Verständnis des Verhaltens des Strahls notwendig, um den erfolgreichen Betrieb der EP-Triebwerke über längere Zeiträume zu gewährleisten.
Cui verwendet fortschrittliche Computersimulationen, die von Supercomputern unterstützt werden, um das Plasmaverhalten in EP-Systemen zu analysieren. Seine Ergebnisse zeigen, dass die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen im Strahl unterschiedliche Muster aufweist, die je nach Temperatur und Geschwindigkeit variieren und die Komplexität der Elektroneninteraktionen anzeigen.
Diese Erkenntnisse könnten die Gestaltung und den Betrieb elektrischer Antriebssysteme erheblich verbessern, ihre Effektivität für Langzeitweltraummissionen sicherstellen und die internationalen Bemühungen um die Weltraumforschung stärken.