Cuando las naves espaciales y los satélites viajan a través del espacio, se encuentran con pequeñas partículas de polvo y desechos espaciales que se mueven rápidamente. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética en forma de ondas de radio que puede dañar o incluso deshabilitarlos sistemas electrónicos de la nave.
Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista Física de plasma , de AIP Publishing, utiliza simulaciones por computadora para mostrar que la nube de plasma generada por el impacto de la partícula es responsable de crear el pulso electromagnético perjudicial. Muestran que a medida que el plasma se expande en el vacío circundante, los iones y electrones viajan a diferentesvelocidades y se separan de una manera que crea emisiones de radiofrecuencia.
"Durante las últimas décadas, los investigadores han estudiado estos impactos de hipervelocidad y hemos notado que hay radiación de los impactos cuando las partículas van lo suficientemente rápido", dijo el autor principal Alex Fletcher, ahora investigador postdoctoral en el Centro de la Universidad de Boston paraFísica espacial: "Nadie realmente ha podido explicar por qué está allí, de dónde viene o el mecanismo físico detrás de él".
El estudio es un paso hacia la verificación de la teoría del autor principal Sigrid Close, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en la Universidad de Stanford. En 2010, Close y sus colegas publicaron la hipótesis inicial de que los plasmas de impacto de hipervelocidad son responsables de algunas fallas satelitales.
Para simular los resultados de un plasma de impacto de hipervelocidad, los investigadores utilizaron un método llamado simulación de partículas en la celda que les permite modelar el plasma y los campos electromagnéticos simultáneamente. Alimentaron los detalles de la simulación de un hidrocódigo desarrollado previamente - un cálculo computacionalherramienta que utilizaron para modelar la dinámica fluida y sólida del impacto. Los investigadores dejaron que la simulación evolucionara y calcularon la radiación producida por el plasma.
Cuando una partícula golpea una superficie dura a altas velocidades, se vaporiza e ioniza el objetivo, liberando una nube de polvo, gas y plasma. A medida que el plasma se expande en el vacío circundante del espacio, su densidad cae y entra en unestado sin colisión donde sus partículas ya no interactúan directamente entre sí.
En el estudio actual, los investigadores suponen que los electrones en este plasma sin colisión viajan más rápido que los iones más grandes. Su simulación predice que esta separación de carga a gran escala genera la radiación. Los resultados del modelo son consistentes con la teoría inicial de Close, pero predicen una frecuencia de emisión más alta que la que los investigadores han detectado experimentalmente.
Los autores señalan que la suposición de que los electrones se mueven en masa cuando se separan de los iones merece una atención más cuidadosa. El grupo está construyendo nuevas simulaciones para probar si el cambio a un estado sin colisión es suficiente para crear la separación.
Fletcher también señala que no han tenido en cuenta el polvo.
"El impacto crea partículas de polvo que interactúan con el plasma", dijo Fletcher. La dinámica de estos "plasmas polvorientos" es un área para futuras investigaciones.
El siguiente paso en el trabajo es utilizar la simulación para cuantificar la radiación generada para que puedan evaluar la amenaza a los satélites y diseñar formas de proteger los satélites y las naves espaciales de los meteoritos y los desechos orbitales.
"Más de la mitad de las fallas eléctricas no se explican porque es muy difícil hacer diagnósticos en un satélite que falla en órbita", dijo Fletcher. "Creemos que podemos atribuir algunas de estas fallas a este mecanismo".
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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