La propulsion plasma est une technologie importante et efficace utilisée pour contrôler les engins spatiaux pour l'observation de la Terre, communications et l'exploration fondamentale de l'espace extra-atmosphérique.

Les systèmes de propulsion à plasma utilisent l'énergie électrique pour ioniser le gaz propulseur et le transformer en le quatrième état de la matière, connu sous le nom de plasma. Des ions et des électrons chargés électriquement sont accélérés dans un faisceau d'échappement pour générer une poussée et propulser le vaisseau spatial.

Les concepts de propulsion électrique les plus établis, par exemple les propulseurs à ions quadrillés, accélèrent et émettent un plus grand nombre de particules chargées positivement que celles ayant une charge négative. Pour permettre au vaisseau spatial de rester à charge neutre, un "neutraliseur" est utilisé pour injecter des électrons pour équilibrer exactement la charge d'ions positifs dans le faisceau d'échappement. Cependant, le neutraliseur nécessite une puissance supplémentaire de l'engin spatial et augmente la taille et le poids du système de propulsion.

Une équipe de l'Université de York et de l'École Polytechnique étudie comment éliminer complètement le neutralisant. Les chercheurs rapportent leurs découvertes cette semaine dans le journal Physique des plasmas .

En 2014, Dmytro Rafalskyi et Ane Aanesland du Laboratoire de physique des plasmas, École polytechnique, La France a fait la démonstration d'un nouveau concept de propulsion électrique. Le concept, appelé Neptune, s'appuie sur l'héritage technologique des propulseurs à ions quadrillés. Cependant, comme des nombres comparables de particules chargées positivement et négativement sont présentes dans le faisceau d'échappement, le neutraliseur n'est plus nécessaire.

Pour développer davantage le concept Neptune vers les vols spatiaux, les chercheurs étaient intéressés à comprendre comment le plasma interagit avec le système d'accélération afin qu'un faisceau à charge neutre soit généré. Ils ont fait équipe avec James Dedrick et Andrew Gibson du York Plasma Institute, Université d'York, Royaume-Uni pour étudier comment le comportement du plasma varie en fonction de la localisation spatiale, le temps et l'énergie des particules.

« L'observation directe du comportement des espèces de plasma énergétiques à des échelles de temps de la nanoseconde dans le faisceau de Neptune nous aidera à mieux contrôler les processus qui sous-tendent la neutralisation, " dit Dedrick.

Dans le cadre de leur enquête, les chercheurs ont étudié la dynamique des électrons énergétiques chargés négativement dans le faisceau d'échappement du propulseur et leur comportement s'est avéré jouer un rôle clé dans la neutralisation du faisceau.

"Nous pensons que cela résulte d'une interaction complexe entre le plasma et les grilles d'accélération, qui dépend fortement de la dynamique des particules à proximité de la surface de la grille, " dit Dedrick.