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，以期重塑未来太空旅行的面貌。他们的研究聚焦于电子在等离子体束中的行为，旨在提升航天器的效能与安全性，为美国国家航空航天局（NASA）的阿耳特弥斯计划等太空探索任务保驾护航，降低风险并增强可持续性。
在弗吉尼亚大学工程与应用科学学院，助理教授Chen Cui正引领着这场技术革命。他专注于电力推进（EP）技术，这是未来太空探索的关键所在。Cui强调，为了确保EP技术在长期太空任务中的可行性，必须优化EP与航天器系统的集成。
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突破性进展。他们的研究为理解等离子体束中电子的行为提供了新的视角，有望推动下一代太空推进系统的诞生。
Cui自秋季加入弗吉尼亚大学机械与航空航天工程系以来，一直致力于研究电子在电动推进器发射的等离子体束中的行为。他指出，尽管这些电子微小且快速移动，但它们在决定电推进羽流的宏观动态方面发挥着至关重要的作用。通过深入研究这些微观相互作用，Cui希望更好地了解等离子体羽流如何与航天器本身相互作用，确保EP推进器在可能持续数年的任务中平稳、稳定地运行。
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。与化学火箭相比，EP系统的燃料效率更高，使航天器能够在携带较少燃料的情况下飞行更远的距离。这些系统通常由太阳能电池板或小型核反应堆提供动力，非常适合执行长时间的太空任务，如NASA的阿耳特弥斯计划，该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。
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。如果不能很好地理解羽流的行为，可能会导致意想不到的问题。例如，一些粒子可能会倒流向航天器，损坏重要部件，如太阳能电池板或通信天线。因此，对于可能持续数年的任务来说，EP推进器必须长时间平稳、稳定地运行，这就要求科学家和工程师必须深入了解等离子体羽流的行为方式。
Cui擅长利用先进的计算机模拟来研究等离子体在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，这是一种先进的“无噪声”计算方法。他们的研究发现，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。他们还发现电子热通量主要沿电子束的方向发生，其独特的动态特性是以前的模型无法完全捕捉到的。
