Lorsque les engins spatiaux et les satellites voyagent dans l'espace, ils rencontrent de minuscules, particules de poussière et de débris spatiaux en mouvement rapide. Si la particule se déplace assez vite, son impact semble créer un rayonnement électromagnétique (sous forme d'ondes radio) qui peut endommager ou même désactiver les systèmes électroniques de l'engin.

Une nouvelle étude publiée cette semaine dans la revue Physique des plasmas , utilise des simulations informatiques pour montrer que le nuage de plasma généré par l'impact de la particule est responsable de la création de l'impulsion électromagnétique dommageable. Ils montrent que lorsque le plasma se dilate dans le vide environnant, les ions et les électrons se déplacent à des vitesses différentes et se séparent de manière à créer des émissions de radiofréquences.

"Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont étudié ces impacts à hypervitesse et nous avons remarqué qu'il y a un rayonnement des impacts lorsque les particules vont suffisamment vite, " a déclaré l'auteur principal Alex Fletcher, maintenant chercheur postdoctoral au Boston University Center for Space Physics. "Personne n'a vraiment été en mesure d'expliquer pourquoi il est là, d'où il vient ou le mécanisme physique qui le sous-tend."

L'étude est une étape vers la vérification de la théorie de l'auteur principal Sigrid Close, professeur agrégé d'aéronautique et d'astronautique à l'Université de Stanford. En 2010, Close et ses collègues ont publié l'hypothèse initiale selon laquelle les plasmas à impact hypervitesse sont responsables de quelques défaillances de satellites.

Pour simuler les résultats d'un plasma d'impact à hypervitesse, les chercheurs ont utilisé une méthode appelée simulation de particules dans les cellules qui leur permet de modéliser simultanément le plasma et les champs électromagnétiques. Ils ont alimenté les détails de la simulation à partir d'un hydrocode précédemment développé, un outil de calcul qu'ils ont utilisé pour modéliser la dynamique des fluides et des solides de l'impact. Les chercheurs ont laissé évoluer la simulation et calculé le rayonnement produit par le plasma.

Lorsqu'une particule frappe une surface dure à grande vitesse, il vaporise et ionise la cible, libérant un nuage de poussière, gaz et plasma. Au fur et à mesure que le plasma se dilate dans le vide environnant (de l'espace), sa densité diminue et il entre dans un état sans collision où ses particules n'interagissent plus directement les unes avec les autres.

Dans l'étude actuelle, les chercheurs supposent que les électrons de ce plasma sans collision se déplacent alors plus rapidement que les ions plus gros. Leur simulation prédit que cette séparation de charge à grande échelle génère le rayonnement. Les résultats du modèle sont cohérents avec la théorie initiale de Close, mais prédisent une fréquence d'émission plus élevée que ce que les chercheurs ont détecté expérimentalement.

Les auteurs soulignent que l'hypothèse selon laquelle les électrons se déplacent en masse lorsqu'ils se séparent des ions mérite une plus grande attention. Le groupe construit de nouvelles simulations pour tester si le passage à un état sans collision est suffisant pour créer la séparation.

Fletcher note également qu'ils ont négligé de tenir compte de la poussière.

"L'impact crée des particules de poussière qui interagissent avec le plasma, " a déclaré Fletcher. La dynamique de ces "plasmas poussiéreux" est un domaine de recherche future.

La prochaine étape du travail consiste à utiliser la simulation pour quantifier le rayonnement généré afin qu'ils puissent évaluer la menace pour les satellites, et concevoir des moyens de protéger les satellites et les engins spatiaux des météorites et des débris orbitaux.

"Plus de la moitié des pannes électriques sont inexpliquées car il est très difficile de faire des diagnostics sur un satellite qui tombe en panne en orbite, " Fletcher a déclaré. "Nous pensons que nous pouvons attribuer certains de ces échecs à ce mécanisme."