Simulazione dell'espansione di gas neutri per propulsori elettrici tramite metodi DSMC

Nelle ultime decadi, l’ambito dell’esplorazione spaziale e delle missioni in orbita terrestre ha subito una rapida crescita. La sempre maggiore necessità di ridurre il consumo di carburante, estendere la durata delle missioni e migliorare l’efficienza energetica ha spinto l’industria spaziale a esplorare soluzioni innovative basate su motorizzazioni elettriche. In particolare, candidati tra i più promettenti studiati negli ultimi anni sono i motori in radiofrequenza noti come Helicon Plasma Thrusters (HPT). Nonostante questa tecnologia sia estremamente semplice, la fisica a essa associata è tutt’altro che immediata. Studiare a fondo la dinamica della generazione del plasma e della sua espansione risulta quindi fondamentale per la corretta caratterizzazione e ottimizzazione dei motori HPT. Lo scopo di questa tesi è lo studio del comportamento degli atomi neutri del plasma in fase di espansione e l’analisi del loro contributo sulla performance del motore, tramite metodi DSMC. A tal proposito, la prima parte del lavoro sarà incentrata sulla differenza tra simulazioni con e senza collisioni tra particelle neutre, in modo da valutare se l’eventuale omissione di tale fenomeno a favore di un incremento di velocità computazionale sia lecita. Successivamente, verrà studiato il contributo di un ugello alla spinta totale prodotta dal sistema per valutare l’incremento in termini di performance che potrebbe offrire, confrontando i risultati delle simulazioni con la stima ottenuta da un modello globale 0D.