Cuando las naves espaciales y los satélites viajan a través del espacio encuentran pequeñas y rápidas partículas móviles de polvo espacial y escombros. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética que puede dañar o incluso desactivar los sistemas electrónicos de la nave. Un nuevo estudio utiliza simulaciones por computadora para demostrar que la nube de plasma generada a partir del impacto de una partícula es responsable de crear un pulso electromagnético perjudicial.
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" Sumario: Cuando las naves espaciales y los satélites viajan a través del espacio encuentran pequeñas y rápidas partículas móviles de polvo espacial y escombros. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética que puede dañar o incluso desactivar los sistemas electrónicos de la nave. Un nuevo estudio utiliza simulaciones por computadora para demostrar que la nube de plasma generada a partir del impacto de una partícula es responsable de crear un pulso electromagnético perjudicial.
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Cuando las naves espaciales y los satélites viajan a través del espacio encuentran pequeñas y rápidas partículas móviles de polvo espacial y escombros. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética (en forma de ondas de radio) que puede dañar o incluso desactivar los sistemas electrónicos de la nave.
Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista Physics of Plasmas, de AIP Publishing, usa simulaciones por ordenador para demostrar que la nube de plasma generada a partir del impacto de la partícula es responsable de crear el pulso electromagnético dañino. Ellos muestran que a medida que el plasma se expande hacia el vacío circundante, los iones y electrones viajan a diferentes velocidades y se separan de una manera que crea emisiones de radiofrecuencia.
"Durante las últimas décadas los investigadores han estudiado estos impactos hiperveloces y hemos notado que hay radiación en 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 para la Física Espacial . "Nadie ha sido realmente capaz de explicar por qué está ahí, de dónde proviene o el mecanismo físico detrás de ello".
El estudio es un paso hacia la verificación de la teoría del autor senior 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 las nubes de plasma procedentes de impacto de hiperveloces son responsables de unos pocos fallos en los satélites.
Para simular los resultados del plasma por impacto a hipervelocidad, los investigadores utilizaron un método llamado simulación departicle-in-cell que les permite modelar el plasma y los campos electromagnéticos simultáneamente. Suministraron los detalles de la simulación de un hidrocódigo previamente desarrollado - una herramienta computacional que utilizaron para modelar las dinámicas de fluidos y sólida del impacto. Los investigadores permitieron 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 hacia el vacío (del espacio) circundante, su densidad cae y entra en un estado sin colisión donde sus partículas ya no interactúan directamente entre sí.
En el presente estudio, los investigadores hacen la suposición de que los electrones en este plasma sin colisión luego 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 mayor frecuencia para la emisión de lo que los investigadores han detectado experimentalmente.
Los autores señalan que la suposición de que los electrones se mueven en masa al separarse 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 de investigación futura.
El siguiente paso en el trabajo es utilizar la simulación para cuantificar la radiación generada para que puedan evaluar la amenaza a los satélites e idear maneras de proteger los satélites y las naves espaciales de meteoritos y escombros orbitales.
"Más de la mitad de los fallos eléctricos son inexplicables porque es muy difícil hacer diagnósticos en un satélite en órbita que falla", dijo Fletcher. "Creemos que podemos atribuir algunas de estos fallos a este mecanismo." "