Analysis, simulation and testing of advanced electrodynamic systems for space propulsion

Grazie alla loro elevata efficienza, le sorgenti al plasma di tipo helicon sono un attraente mezzo di produzione di plasma per applicazioni avanzate di propulsione spaziale. Per mezzo di una compatta sorgente helicon, è possibile incrementare le prestazioni di un piccolo apparato propulsivo, da un range di valori pressoché trascurabili (pochi micro-Newton di spinta e qualche decina di secondi di impulso specifico) ad un range utile per molte applicazioni (spinta del milli-Newton e migliaia di secondi di impulso specifico). Tuttavia il design di un tale sistema è complicato dalla grande inter-correlazione tra i parametri coinvolti, e dai complessi meccanismi fisici coinvolti. Inoltre il regime operativo del thruster avviene in regimi fisici non comuni per plasmi di sorgenti industriali. In questo programma di ricerca la fisica fondamentale degli helicon è stata attentamente studiata, non limitando le analisi al problema di accoppiamento d'onda con tensore dielettrico, ma riconoscendo che il problema elettromagnetico è strettamente connesso al traporto macroscopico. E' stata sviluppata una teoria dell'equilibrio di una scarica helicon, dove sono tenuti in considerazione sia l'accoppiamento locale plasma-onda del campo RF (radiofrequenza) dell'antenna con il plasma, che il trasporto delle specie di plasma a livello macroscopico. La teoria è stata implementata in un codice e validata con esperimenti in Laboratorio. La teoria ha permesso di chiudere le correlazioni fra i parametri di design e di identificare delle configurazioni preliminari di propulsori helicon.