Um propulsor magnetoplasmadinâmico (MPD ou MPDT para thruster magnetoplasmadinâmico ), também chamado de Lorentz vigor acelerador (LFA para Lorentz Força Accelerator ), é um dos propulsão elétrica tecnologias que formam parte do futuro próximo da exploração espacial na XXI th século . Essa propulsão eletromagnética , conceituada em 1964, usa a força de Lorentz ( força eletromagnética resultante da interação entre uma corrente elétrica e um campo magnético ) para acelerar um gás ionizado chamado plasma , que fornece impulso por reação . É um tipo de acelerador espacial MHD ( magnetohidrodinâmico ) cujo fluido propelente é um plasma.
O propulsor magnetoplasmadinâmico consiste em um bocal divergente equipado com eletrodos . No centro do bico está o cátodo na forma de uma haste de metal axial. O ânodo circular é colocado em torno do perímetro da "xícara de ovo" .
De hidrazina , ou mais frequentemente um gás raro (tipicamente argônio ou xenônio ) é injetado na base da haste central. Um arco elétrico muito forte ( intensidade de vários milhares de amperes ) é emitido axialmente do cátodo, que ioniza o gás (transformando-o em plasma). Esta forte corrente elétrica axial induz ao seu redor um poderoso campo magnético azimutal, de máxima intensidade neste local de maior densidade de corrente . A corrente elétrica então se espalha radialmente em uma corola em direção ao ânodo na saída do bico; é onde essa corrente de aparência radial interage com o campo magnético azimutal, produzindo forças de Lorentz propulsoras, direcionadas ao longo do eixo do sistema. O plasma é eletromagneticamente acelerado através da saída divergente, fornecendo impulso por reação. Ao contrário da propulsão espacial convencional, a propulsão não resulta da combustão .
A energia injetada e o impulso resultante são frequentemente aplicados continuamente. No entanto, existem dois modos de operação na propulsão MPD:
Em termos de desvantagens, pode-se notar uma erosão significativa dos eletrodos e uma operação que requer energia elétrica da ordem de centenas de quilowatts, longe do que uma fonte de energia a bordo de uma espaçonave comum pode oferecer.
Uma melhoria recente dos propulsores MPD é o LFA ( Lorentz Force Accelerator ). Comparado a um propulsor MPD "convencional", um LFA usa várias hastes catódicas dentro de um tubo isolante. O propelente, fluido, circula dentro do tubo, entre as hastes. É apenas na saída do tubo que o gás é ionizado, protegendo os cátodos da erosão. Existem vários modelos de LFA, dos quais dois principais:
A eficiência propulsiva do MDP aumenta com a potência elétrica injetada. Atinge 30% com 30 kWe, e eficiências superiores a 60% são convencionais.
Um propulsor LFA de classe “média” (100 a 200 kW) atinge eficiências de 40 a 50%, impulsos que chegam a dezenas de newtons e I sps de vários milhares de segundos (velocidades de ejeção em dezenas de km / s). Essas potências elétricas correspondem à média prevista para o falecido Projeto Prometheus, que visava produzir geradores elétricos nucleares para alimentar a próxima espaçonave da NASA.
Os propulsores LFA mais potentes (acima de 1 MW) oferecem possibilidades de registro com impulsos de até 200 Newtons e altas velocidades de ejeção. Propulsores movidos a potências de 10 a 20 MW estão sendo considerados para voos tripulados aos planetas do sistema solar .
Inúmeros experimentos têm acontecido em todo o mundo com a propulsão MDP desde 1960, na Alemanha na Universidade de Stuttgart , na Itália em Centrospazio , no Japão em ISAS e na Universidade de Osaka , e principalmente na Rússia em MAI ( Moscow Aviation Institute ) e RKK Energia , bem como nos Estados Unidos na University of Southern California e especialmente no EEPDyL ( Electric Propulsion and Plasma Dynamics Lab ) da Princeton University , onde as pesquisas em propulsão MPD nunca cessaram desde 1967; e por último diretamente à NASA , ao JPL ( Jet Propulsion Laboratory ) e ao Glenn Research Center , que têm resolvido muitos problemas relacionados com o desempenho, estabilidade e vida inerentes a este tipo de propelente.
Protótipos pulsados quase estacionários foram testados no espaço a bordo de satélites de demonstração soviéticos, e o primeiro satélite operacional movido a MPD, o SFU ( Space Flyer Unit ) foi lançado pelos japoneses em 1996.
As tecnologias MPD e variantes LFA (principalmente o ALFA² ), em paralelo com o propulsor eletrotérmico controlado por plasma por indução VASIMR , estão planejadas para alimentar o futuro navio marciano NEP (propulsão elétrica nuclear) que transporta 2 reatores nucleares totalizando 10 Mwe a l horizonte 2033 .