Nowe koncepcje napędu plazmowego
Główna koncepcja kryjąca się za finansowanym przez UE projektem NEPTUNE (New generation of ion sources: From deep space missions to upstream nano-technologies) polegała na przyspieszaniu jonów i elektronów ekstrahowanych z niskotemperaturowej plazmy przy użyciu pokrytego siatką systemu częstotliwości radiowej. Ta nowa koncepcja ma możliwość dostarczenia siły ciągu bez konieczności wykorzystania dodatkowego prądu czy neutralizacji ładunku. Konkretnie, efekt samoczynnego napięcia polaryzacji siatki napięcia częstotliwości radiowej zastosowany względem sieci rektyfikowany jest przez plazmę, tworząc stałe pole elektryczne powodujące akcelerację jonów. Jednocześnie potencjalne oscylacje plazmy umożliwiają ekstrakcję elektronów na krótko po opadnięciu warstwy ładunku. Biegnąca w dół strumienia smuga lub wiązka składa się głównie z szybkich cząstek neutralnych i cząstek naładowanych niskiej gęstości. Stanowiącą szczególne wyzwanie częścią projektu NEPTUNE było stworzenie nowych narzędzi do diagnozowania wiązki plazmowej. Takie przedsięwzięcie wymagałoby analizatora energii hamującego pola elektrycznego, krótkiego dopasowanego dwubiegunu do pomiarów impedancji oraz wielokanałowej sondy do pomiaru ładunku. Charakterystyka różnych programów ekstrakcji jonów i elektronów umożliwiła szczegółowe mapowanie parametrów roboczych. Zaobserwowano, że ciągła wiązka jonowo-jonowa generowana przy niskich energiach jest odpowiednia do głębokiego reaktywnego trawienia jonowego elementów mikroelektronicznych i obróbki powierzchniowej elektrod akumulatorów litowo-siarkowych. Z drugiej strony, ekstrakcja jonowo-jonowa w połączeniu z akceleracją wysokoenergetyczną mogłaby okazać się przydatna w usuwaniu odłamków kosmicznych. Najatrakcyjniejszym zastosowaniem koncepcji NEPTUNE dla alternatywnej ekstrakcji jonowo-elekronowej i akceleracji z plazmy niskotemperaturowej jest napęd kosmiczny. Koncepcję tę wdrożono już w siatkowym silniku jonowym PEGASUS (o napędzie plazmowym z użyciem gazów elektromagnetycznych). Metoda ta znacząco ulepszyła wydajność systemu, zachowując przy tym opłacalność pod względem masy i objętości. Po uzyskaniu potwierdzenia słuszności koncepcji źródło płynnej plazmy NEPTUNE opatentowano w 2014 r.
Słowa kluczowe
Napęd plazmowy, trawienie jonowe, jony i elektrony, neutralizacja ładunku, napięcie częstotliwości radiowej
