Rychleji do hlubin vesmíru: Iontový pohon by se mohl dočkat vylepšení
Superpočítačové simulace přispěly k lepšímu porozumění chování částic v plazmatu vytvořeném iontovým pohonem. Zjištění otevírá cestu k výkonnějším pohonům tohoto typu.
Iontové motory, které využívají k pohonu kosmické sondy proud iontů urychlených elektrickými poli až na desítky kilometrů za sekundu, by nás mohly dostat do vzdálenějších končin Sluneční soustavy. Nepotřebují chemické palivo a obvykle využívají solární energii nebo energii dodanou radioizotopovými termoelektrickými generátory (RTG).
Tento typ pohonu je mnohem efektivnější než klasický chemický raketový pohon. Má ale své mouchy. Některé částice se mohou vracet zpět k sondě a poškodit kriticky důležité komponenty, jako například solární panely nebo třeba komunikační antény.
Simulace iontového pohonu
Chen Cui z americké Univerzity ve Virginii a jeho spolupracovníci se nedávno zaměřili na chování plazmatu tryskajícího z iontového pohonu, které je velmi složité. Využili k tomu pokročilé Vlasovovy simuluace, které prováděli na superpočítači. Výzkum chování plazmatu iontového pohonu zveřejnil odborný časopis Plasma Sources Science and Technology.
„Pokud chceme, aby kosmické sondy s iontovým pohonem zůstaly funkční i na dlouhodobých vesmírných misích, je nutné iontový pohon optimalizovat,“ líčí Cui, který se zaměřuje na kinetické modelování dynamiky plazmatu.
Pokročilé počítačové simulace ukázaly, že elektrony v paprsku iontového pohonu nevykazují předpokládané chování – jejich rychlost a teplota vytvářejí specifické vzory. V paprsku mají podle vědců téměř Maxwellovské rozdělení (tvar zvonové křivky), zatímco v kolmém směru se chovají podle tzv. „top-hat“ profilu. Ten se na rozdíl od běžné zvonové křivky s plynulým vrcholem a pozvolným poklesem, vyznačuje téměř konstantní hodnotou v určité oblasti a poté prudkým poklesem (tvar připomínající klobouk). Výzkum také odhalil nové detaily o toku tepelné energie v plazmovém paprsku.
Podle vědce jde sice o nepatrné částice, jejich pohyb a energie jsou ale zásadní pro výslednou makroskopickou podobu a chování oblaku plazmatu, který je vytvářený iontovým pohonem a zodpovídá za pohyb kosmické sondy. Výzkum mikroskopických částic a jejich interakcí přispívá k poznání toho, jak iontový pohon ovlivňuje příslušné kosmické plavidlo.
