Development of global models of plasma systems for space propulsion

Obiettivo di questo lavoro è lo sviluppo di modelli globali di plasma atti a supportare lo studio della propulsione al plasma di tipo helicon, con propellente ad argon e anidride carbonica, portato avanti al centro di ricerca ed attività spaziali CISAS. I modelli sono stati applicati in tre progetti di ricerca consecutivi: il progetto HpH.com, finanziato nel contesto del programma europeo FP7, il progetto AO7048 finanziato da ESA ed il progetto STRONG-SAPERE finanziato dal MIUR. I modelli sono sviluppati in via generale per plasmi di gas elettronegativo e magnetizzato, perciò sono applicabili alle sottocategorie di plasmi freddi, non magnetizzati o elettropositivi. I modelli inoltre, incorporano risultati da simulazioni di tipo paticle in cell, della zona del plume del propulsore; in questo modo è possibile tener conto degli effetti di distacco e accelerazione del plasma, provocati dalla divergenza delle linee del campo magnetico; il cosiddetto effetto di ugello magnetico. E' inoltre studiata la fattibilità della combustione assistita da plasma, per applicazioni relative a propulsione monopropellente. Una verifica sperimentale di fattibilità è effettuata attraverso un esperimento di scarica di tipo gliding arc, di protossido d'azoto; l'esperimento è stato effettuato presso il Drexel Plasma Institute a Philadelphia. Un modello globale di plasma è stato sviluppato per studiare i meccanismi della dissociazione assistita da plasma; il modello implementa reazioni di fase neutra di non equilibrio, e una equazione per l'evoluzione dell'energia vibrazionale delle molecole, che permette di tracciare l'andamento temporale della temperatura vibrazionale. Il modello è in grado di evidenziare i meccanismi di catalisi da plasma; inoltre, predice buone prestazioni per un eventuale propulsore di tipo plasma a microonde con protossido d'azoto.