弗吉尼亚大学的一项创新研究正引领太空旅行技术迈向新纪元。该研究团队专注于电力推进（EP）技术的突破，旨在通过优化电子在等离子体束中的行为，显著提升航天器的性能与安全性。
弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的助理教授Chen Cui是这项研究的领军人物之一。Cui致力于探索EP推进器的潜力，他强调，为了确保这类技术在长期太空任务中的可行性，关键在于优化EP与航天器系统的集成。
Cui与南加州大学教授Joseph Wang合作，最近在等离子体科学领域取得了重大进展。他们揭示了电子在等离子体束中行为的新机制，这有望为下一代太空推进系统的开发提供关键指导。
Cui的研究聚焦于电子这一微小而快速的带电粒子，在EP推进器发射的等离子体束中的动态行为。他指出，尽管这些粒子体积微小，但它们的运动和能量在决定电推进羽流的宏观特性方面起着至关重要的作用。通过对这些微观相互作用的深入研究，Cui期望能更全面地理解等离子体羽流与航天器之间的相互作用。
电推进器的工作原理是通过电离中性气体（如氙气），并利用电场加速产生的离子，形成高速等离子体束，从而推动航天器前进。相较于传统的化学火箭，EP系统的燃料效率显著提高，使得航天器能够在携带较少燃料的情况下，飞行更远的距离。这使得EP系统成为执行长时间太空任务，如美国宇航局的阿耳特弥斯计划（旨在让人类重返月球，并最终将宇航员送往火星及更远的地方）的理想选择。
然而，推进器喷出的等离子体羽流不仅是气体，更是整个推进系统的生命线。羽流中的粒子如果未能妥善管理，可能会倒流向航天器，对其关键部件，如太阳能电池板或通信天线造成损害。因此，对于可能持续数年的任务而言，EP推进器必须能够长时间稳定、可靠地运行。
为了实现这一目标，Cui利用先进的计算机模拟技术，深入研究等离子体在EP推进器中的行为。这些模拟由现代超级计算机驱动，采用弗拉索夫模拟方法，这是一种先进的无噪声计算方法。通过这种方法，Cui能够精确地观察到电子相互作用的复杂性，同时剔除干扰数据，从而揭示出电子行为的真实面貌。
在他们的最新研究成果中，Cui和Wang发现，电子速度分布在等离子体束的方向上呈现出近似麦克斯韦钟形曲线的形状，而在横向方向上则呈现出独特的“顶帽”轮廓。他们还发现电子热通量——热能在EP等离子体束中移动的主要方式——主要沿电子束的方向发生，其动态特性超出了以往模型的预测范围。
