Cuando las naves espaciales y los satélites viajan a través del espacio, se encuentran con pequeños, partículas de polvo y escombros espaciales que se mueven rápidamente. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética (en forma de ondas de radio) que pueden dañar o incluso inutilizar los sistemas electrónicos de la nave.

Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista Física de Plasmas , utiliza simulaciones por computadora para mostrar que la nube de plasma generada por el impacto de la partícula es responsable de crear el pulso electromagnético dañino. Muestran que a medida que el plasma se expande hacia el vacío circundante, los iones y electrones viajan a diferentes velocidades y se separan de una manera que crea emisiones de radiofrecuencia.

“Durante las últimas décadas, los investigadores han estudiado estos impactos a hipervelocidad y hemos notado que hay radiación de los impactos cuando las partículas van lo suficientemente rápido, "dijo el autor principal Alex Fletcher, ahora investigador postdoctoral en el Centro de Física Espacial de la Universidad de Boston. "Nadie ha podido explicar realmente por qué está ahí, de dónde viene o el mecanismo físico detrás de él ".

El estudio es un paso hacia la verificación de la teoría de la autora principal Sigrid Close, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en la Universidad de Stanford. En 2010, Close y sus colegas publicaron la hipótesis inicial de que los plasmas de impacto a hipervelocidad son responsables de algunas fallas de satélites.

Para simular los resultados de un plasma de impacto a hipervelocidad, Los investigadores utilizaron un método llamado simulación de partículas en la célula que les permite modelar el plasma y los campos electromagnéticos simultáneamente. Alimentaron los detalles de la simulación de un hidrocódigo desarrollado previamente, una herramienta computacional que utilizaron para modelar la dinámica de fluidos y sólidos del impacto. Los investigadores dejaron evolucionar la simulación y calcularon la radiación producida por el plasma.

Cuando una partícula golpea una superficie dura a altas velocidades, vaporiza e ioniza el objetivo, soltando una nube de polvo, gas y plasma. A medida que el plasma se expande hacia el vacío circundante (del espacio), su densidad cae y entra en un estado sin colisiones donde sus partículas ya no interactúan directamente entre sí.

En el estudio actual, los investigadores suponen que los electrones de este plasma sin colisiones viajan más rápido que los iones más grandes. Su simulación predice que esta separación de carga a gran escala genera la radiación. Los resultados del modelo son consistentes con la teoría inicial de Close, pero predicen una frecuencia de emisión más alta que la que los investigadores han detectado experimentalmente.

Los autores señalan que la suposición de que los electrones se mueven en masa a medida que se separan de los iones merece una atención más cuidadosa. El grupo está construyendo nuevas simulaciones para probar si el cambio a un estado sin colisiones es suficiente para crear la separación.

Fletcher también señala que se han olvidado de tener en cuenta el polvo.

"El impacto crea partículas de polvo que interactúan con el plasma, ", Dijo Fletcher. La dinámica de estos" plasmas polvorientos "es un área para futuras investigaciones.

El siguiente paso en el trabajo es utilizar la simulación para cuantificar la radiación generada para que puedan evaluar la amenaza a los satélites. e idear formas de proteger los satélites y las naves espaciales de los meteoritos y los desechos orbitales.

"Más de la mitad de las fallas eléctricas no tienen explicación porque es muy difícil hacer diagnósticos en un satélite que falla en órbita, "Creemos que podemos atribuir algunas de estas fallas a este mecanismo", dijo Fletcher.