Image physique des lignes de champ magnétique appliqué (lignes bleues) et des lignes de champ magnétique (lignes rouges) modifiées par le flux de plasma, c'est à dire., somme des champs magnétiques appliqués et induits par le plasma. Le plasma diminue la composante de champ axial du côté amont de la tuyère magnétique et l'augmente du côté aval de la tuyère comme décrit par les inserts, où la transition entre ces deux états est identifiée comme indiqué par l'encart supérieur gauche. Crédit :Kazunori Takahashi
L'univers est composé de plasma, qui est facilement influencé par les champs et les forces magnétiques, conduisant à des comportements complexes. Les plasmas se trouvent dans tout le système solaire dans des endroits tels que la magnétosphère planétaire, vent solaire et dans la queue des comètes.
Les champs magnétiques étirés par les flux de plasma entraînent une augmentation de la composante de champ le long du flux de plasma. Ces champs sont fréquemment observés dans l'espace. Par contre, les scientifiques des laboratoires terrestres voient souvent les champs magnétiques diminués par le plasma en raison de son diamagnétisme. Cela implique que le plasma peut générer un champ magnétique de sens opposé à celui appliqué de sorte que les lignes de champ divergent.
Des chercheurs de l'Université de Tohoku ont essayé de découvrir comment le flux de plasma est influencé par son environnement via des expériences de laboratoire, et ont fait des progrès dans la recherche d'un propulseur à plasma sans électrodes pour propulser des engins spatiaux.
Il existe de nombreuses méthodes de propulsion d'engins spatiaux, et bien qu'ils aient tous leurs avantages et leurs inconvénients, la propulsion électrique est maintenant mature et largement utilisée. Les propulseurs à plasma électriques peuvent fournir une grande densité de poussée sans avoir besoin d'exposer les électrodes au plasma, qui réduit les dommages causés par l'érosion au fil du temps.
Alors que presque tous les engins spatiaux utilisent des fusées chimiques pour le lancement, une fois le matériel dans l'espace, la propulsion est nécessaire pour manœuvrer l'engin pour le maintien de l'orbite, missions de ravitaillement et exploration spatiale. Ici, propulsion électrique, avec sa vitesse d'échappement plus élevée, est préféré, car il utilise généralement moins de propulseur que les fusées chimiques. Parce qu'il est difficile de faire des réparations générales sur les engins spatiaux une fois qu'ils ont quitté la Terre, la fiabilité de leurs composants internes est essentielle pour les missions de longue durée.
Certains nouveaux concepts de propulseurs à plasma impliquent un champ magnétique en expansion appelé buse magnétique (MN), où le plasma est spontanément accéléré pour propulser un vaisseau spatial lorsqu'il est épuisé dans l'espace.
La force induite par MN propulsant le vaisseau spatial a été démontrée dans des expériences de laboratoire et provient du plasma induisant le champ magnétique dans la direction opposée à celle appliquée. Cela fonctionne comme des aimants à pôles N opposés :l'un repoussera l'autre. De la même manière, le plasma dans le MN propulsif diverge essentiellement du champ magnétique. Mais parce que les champs magnétiques sont fermés et renvoyés vers le vaisseau spatial, le plasma, influencé par le terrain, se retourne, rendant la poussée nette nulle.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs proposent un scénario dans lequel les lignes de champ magnétique sont étirées à l'infini par le flux de plasma. Jusqu'à maintenant, la plupart des expériences de laboratoire se sont concentrées sur le MN divergent plutôt que sur le champ étiré.
Dans leur laboratoire de l'université du Tohoku, Kazunori Takahashi et Akira Ando ont observé avec succès la transition spatiale entre les deux états du plasma divergeant et étirant le MN. Ici, ils ont identifié la transition lorsque l'étirement du champ a été détecté dans la région aval du MN, tandis que l'état du plasma divergeant du MN (c'est-à-dire, génération de poussée par la MN) était toujours maintenue dans la région amont de la MN.
Ce résultat pourrait impliquer que le flux de plasma peut diriger le champ magnétique dans l'espace tout en maintenant la génération de poussée par le MN. Bien que l'on ait pensé que l'étirement du champ magnétique se produisait lorsque le flux de plasma atteint une vitesse spécifique, appelée vitesse d'Alfven, l'expérience montre qu'il se produit en fait à une vitesse plus lente que prévu.
La variation de l'intensité du champ n'est que de quelques pour cent de l'intensité du champ magnétique appliqué pour le moment, mais il s'agit d'un premier pas important pour surmonter le problème du détachement du plasma du MN dans le propulseur à plasma. Par ailleurs, cette expérience fournit quelques indices sur le comportement du plasma dans différents environnements, combler le fossé entre le laboratoire et le monde naturel.
D'autres expériences détaillées sur un large éventail de paramètres, la modélisation théorique et la simulation numérique sont encore nécessaires.
Des informations détaillées peuvent être trouvées dans le document publié par Lettres d'examen physique .
