El universo está hecho de plasma, que es fácilmente influenciado por campos magnéticos y fuerzas, conduciendo a un comportamiento complejo. Los plasmas se encuentran en todo el sistema solar en lugares como la magnetosfera planetaria, viento solar y en las colas de los cometas.

Los campos magnéticos estirados por los flujos de plasma dan como resultado un aumento en el componente de campo a lo largo del flujo de plasma. Estos campos se observan con frecuencia en el espacio. Por el contrario, Los científicos de los laboratorios terrestres a menudo ven los campos magnéticos disminuidos por el plasma debido a su diamagnetismo. Esto implica que el plasma puede generar un campo magnético en la dirección opuesta a la aplicada por lo que las líneas de campo divergen.

Investigadores de la Universidad de Tohoku han estado tratando de descubrir cómo el flujo de plasma es influenciado por su entorno a través de experimentos de laboratorio. y han avanzado en la investigación hacia un propulsor de plasma sin electrodos para propulsar naves espaciales.

Hay muchos métodos de propulsión de naves espaciales, y si bien todos tienen sus pros y sus contras, La propulsión eléctrica está ahora madura y se usa ampliamente. Los propulsores de plasma eléctricos pueden ofrecer una gran densidad de empuje sin la necesidad de exponer los electrodos al plasma. que reduce los daños causados ​​por la erosión a lo largo del tiempo.

Si bien casi todas las naves espaciales utilizan cohetes químicos para el lanzamiento, una vez que el hardware está en el espacio, se necesita propulsión para maniobrar la nave para el mantenimiento de la órbita, misiones de suministro y exploración espacial. Aquí, propulsión eléctrica, con su mayor velocidad de escape, se prefiere, ya que normalmente utiliza menos propulsor que los cohetes químicos. Debido a que es difícil hacer reparaciones generales en las naves espaciales una vez que han abandonado la Tierra, la confiabilidad de sus componentes internos es esencial para misiones a largo plazo.

Algunos conceptos nuevos para los propulsores de plasma implican un campo magnético en expansión llamado boquilla magnética (MN), donde el plasma se acelera espontáneamente para propulsar una nave espacial cuando se agota en el espacio.

La fuerza inducida por MN que impulsa la nave espacial ha sido demostrada en experimentos de laboratorio y se origina en el plasma que induce el campo magnético en la dirección opuesta a la aplicada. Esto funciona como imanes con polos N enfrentados:uno repele al otro. Del mismo modo, el plasma del MN propulsor diverge esencialmente del campo magnético. Pero debido a que los campos magnéticos se cierran y se vuelven hacia la nave espacial, el plasma, influenciado por el campo, se vuelve atrás, haciendo que el empuje neto sea cero.

Para superar este problema, Los investigadores proponen un escenario en el que las líneas del campo magnético se estiran hasta el infinito por el flujo de plasma. Hasta ahora, la mayoría de los experimentos de laboratorio se han centrado en el MN divergente más que en el campo estirado.

En su laboratorio de la Universidad de Tohoku, Kazunori Takahashi y Akira Ando observaron con éxito la transición espacial entre los dos estados del plasma divergiendo y estirando el MN. Aquí, identificaron la transición cuando se detectó el estiramiento del campo en la región aguas abajo del MN, mientras que el estado del plasma diverge del MN (es decir, generación de empuje por el MN) todavía se mantenía en la región aguas arriba del MN.

Este resultado podría implicar que el flujo de plasma puede dirigir el campo magnético hacia el espacio mientras mantiene la generación de empuje por el MN. Aunque se ha pensado que el estiramiento del campo magnético ocurre cuando el flujo de plasma alcanza una velocidad específica, llamada velocidad Alfven, el experimento muestra que en realidad ocurre a una velocidad más lenta de lo esperado.

La variación de la intensidad del campo es solo un pequeño porcentaje de la intensidad del campo magnético aplicado por ahora, pero este es un primer paso importante para superar el problema de separar el plasma del MN en el propulsor de plasma. Es más, este experimento proporciona algunas pistas sobre el comportamiento del plasma en diferentes entornos, cerrando la brecha entre el laboratorio y el mundo natural.

Experimentos más detallados sobre una amplia gama de parámetros, Todavía se necesitan modelos teóricos y simulación numérica.

Se puede encontrar información detallada en el artículo publicado por Cartas de revisión física .