弗吉尼亚大学的一支科研团队正致力于电力推进技术的革新，他们的研究成果有望重塑未来太空旅行的面貌。该团队深入探索电子在等离子体束内的行为模式，旨在提升航天器的运行效率和安全性，为美国国家航空航天局（NASA）的阿耳特弥斯计划等深空探索任务提供强有力的技术支持。
电力推进（EP）技术被视为推动未来太空探索的关键力量。弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的助理教授Chen Cui，正是这一领域的领军人物之一。他专注于优化EP推进器与航天器系统的集成，以确保这项技术能在长期太空任务中稳定高效地运行。
Cui与他的前导师、南加州大学教授Joseph Wang携手，在等离子体源科学与技术领域取得了重大突破。他们的研究揭示了电子在等离子体束中的行为新机制，为下一代太空推进系统的开发奠定了坚实基础。
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运动规律。他指出，尽管这些粒子微不足道，但它们的运动和能量对决定等离子体羽流的宏观动态至关重要。通过深入研究这些微观相互作用，Cui期望能够更准确地理解等离子体羽流与航天器本身的相互作用机制。
EP推进器的工作原理是电离中性气体（常用氙气），并利用电场加速产生的离子，形成高速等离子体束以推动航天器前进。相比化学火箭，EP系统的燃料效率显著提高，使航天器能够携带更少燃料飞行更远距离。因此，这类系统非常适合执行长时间的太空任务，如NASA的阿耳特弥斯计划，旨在将人类重新送上月球，并迈向火星及更远的天际。
然而，推进器喷出的等离子体羽流并非仅仅是气体，更是整个推进系统的生命线。若不能深入理解羽流的行为，可能会导致意想不到的问题。例如，部分粒子可能倒流向航天器，对太阳能电池板或通信天线等重要部件造成损害。因此，对于可能持续数年的太空任务而言，EP推进器必须长时间平稳、稳定地运行。
为实现这一目标，Cui擅长利用先进的计算机模拟技术，研究等离子体在EP推进器中的表现。这些模拟由现代超级计算机驱动，采用弗拉索夫模拟方法，这是一种无噪声的先进计算方法。研究发现，电子在光束方向上的速度分布呈现出近似麦克斯韦钟形曲线的形状，而在光束的横向方向上则呈现出独特的“顶帽”轮廓。
Cui和Wang还发现，电子热通量——即热能在EP等离子体束中的主要移动方式——主要沿电子束方向发生，其动态特性远超以往模型的预测范围。这一发现为进一步优化EP推进器提供了宝贵的理论依据，也为未来太空探索任务的顺利实施奠定了坚实基础。
