Sähkömagneettinen katapultti

Sähkömagneettinen katapultti tai massakiihdytin  on asennus esineiden kiihdyttämiseen sähkömagneettisten voimien avulla . Lentokoneissa se on vaihtoehto suihkumoottorille .

Sähkömagneettisen katapultin toimintaperiaate perustuu ohjainta pitkin liikkuvan esineen kiihtyvyyteen magneettikentän avulla. Kohteen nopeus ohjaimesta poistuttaessa riippuu magneettien tehosta ja ohjaimen pituudesta. Kun käytetään sähkömagneettista katapulttia planeettojen painovoiman voittamiseksi (esimerkiksi Maan ja Kuun keinotekoisten satelliittien laukaisemiseksi ), oppaan pituus voi olla useita satoja kilometrejä .

Kohteen lopullinen nopeus voidaan laskea kaavalla:

Missä L on johteiden pituus, a on magneettikentän aiheuttama kiihtyvyys.

Esimerkiksi 4 g:n kiihtyvyydellä ja 100 km :n pituudella saadaan nopeus 2828 m/s.

Teoriassa tällaisia ​​kiihdyttimiä voidaan käyttää lastin hajottamiseen. Lähitulevaisuudessa voidaan ajatella vain sähkömagneettisten katapulttien asentamista planeettasatelliitteihin tai planeetoille, joiden ilmakehä on harvinainen (esimerkiksi Mars ).

Historia

Alkuperäinen teoria massakiihdyttimestä ilmestyi vuonna 1897 John Munron tieteiskirjassa The Trip to Venus. Kirjassa viitataan massakiihdyttimeen sähkömagneettisena katapulttina, jota kuvataan suurena määränä keloja, joita käytetään muuttamaan magnetointia oikeaan aikaan saadakseen ammuksen kiihtyvyyden. Kiihtyvyys voidaan ohjata pisteeseen, jossa ammus voidaan laukaista.

Ensimmäinen elektroninen katapultti prototyyppi ilmestyi vuonna 1976 prototyyppinä: Mass Driver 1, joka rakennettiin pääasiassa Massachusetts Institute of Technologyssa . Myös US Institute of Space Research loi suuren määrän prototyyppejä todistaakseen niiden ominaisuudet ja käytännöllisyyden. Tällaista järjestelmää voitaisiin käyttää avaruusalusten työntövoimana .

Kiinteä massakiihdytin

Maan painovoiman vuoksi laadukkaan kiihdytin luomisessa on monia vaikeuksia. Esimerkiksi tiheässä ilmakehässä katapultin ampuma esine hidastuu ilmanvastuksen vuoksi. Samalla liian nopea kohde tuottaa sietämättömän korkeaa lämpöä ilman kitkasta johtuen, joten ensimmäistä pakonopeutta (7,9 km/s) on vaikea saavuttaa. Näistä syistä Kuuhun ja pienille planeetoille, joilla ei ole ilmakehää, on tarkoitus sijoittaa kiinteämassakiihdyttimet.

Nämä Kuuhun tai asteroideihin asennetut massaprojektorit ovat pohjimmiltaan osa avaruusrakentamista. Esimerkiksi suunnitelma avaruussiirtokuntasatelliitin rakentamisesta Lagrange-pisteeseen sisältää suunnitelman laukaista resurssi Kuusta massaprojektorin asentamiseksi kuun laukaisemiseksi.

Massakiihdytin avaruusaluksessa

Avaruusalus voi kantaa katapulttia päämoottorinaan. Sopivan sähköenergian lähteen (kuten ydinreaktorin ) avulla avaruusalus voisi sitten käyttää tehostintä ampumaan melkein minkä tahansa aineen palasia ja siten työntää vastakkaiseen suuntaan. Reaktioon osallistuvan massan pienimmässä mittakaavassa tämän tyyppistä propulsiota kutsutaan ionipropulsioksi .

Lineaarimoottorien koolle, kiihtyvyydelle tai kuonoenergialle ei ole absoluuttista teoreettista rajaa. Käytännön tekniset rajat ovat kuitenkin hyväksyttäviä, kuten tehon ja painon välinen suhde, hukkalämmön hajoaminen ja energiankulutus, joka on helpompi toimittaa ja käsitellä. Pakokaasun nopeus ei saa olla liian pieni eikä liian suuri [1] .

Kohteesta riippuen optimaaliselle pakokaasunopeudelle ja ominaisimpulssille on rajat kaikille avaruusaluksiin asennetuista virtalähteistä riippuvaisille moottoreille. Pakokaasujen paine ja liikemäärä massayksikköä kohden vaihtelee lineaarisesti nopeuden mukaan ( vauhti = mv), kun taas kineettinen energia ja tulevan energian määrä ovat verrannollisia nopeuden neliöön ( liike - energia = 1⁄ 2 mv 2 ). Liian alhainen pakokaasun nopeus voi johtaa rakettiyhtälön vaatiman ponneaineen massan liialliseen kasvuun, kun vielä käyttämättömän polttoaineen osuus tehostimeen toimittamasta energiasta on liian suuri. Suuremmalla pakokaasun nopeudella on sekä etu että haitta, sillä se parantaa polttoainetehokkuutta (enemmän liikemäärää ulos tulevan ajoaineen massayksikköä kohden), mutta pienentää työntövoimaa ja avaruusaluksen nykyistä kiihtyvyysnopeutta, jos käytettävissä oleva tehonsyöttö on vakio (vähemmän liikemäärä raketille toimitettua energiayksikköä kohti) kantoraketti). polttoaine) [1] . +

Koska sähkömagneettinen katapultti voi heijastaa lähes minkä tahansa materiaalimassan, se on ihanteellinen valinta pitkän matkan avaruusaluksiin, joissa on vakaa virtalähde. Massakiihdyttimen avulla voit käyttää polttoaineena mitä tahansa maailmankaikkeudessa saatua massaa.

Koska sähköteho on paljon vakaampi ja vakaampi, se on tässä vaiheessa suunniteltu ydinavaruusajoneuvojen avulla.

Tämän avaruusaluksen haittana on, että sen heijastama materiaali kulkee erittäin vaarallisella nopeudella, mikä vaikeuttaa tämäntyyppisen propulsion käyttöä kiinteässä kanavassa. Asiaankuuluva teoria perustuu tällä hetkellä pääasiassa kykyyn lähettää vain jauhetta. Mutta koska kineettinen energia on edelleen olemassa, vaikutus kiertoradalle on edelleen olemassa. Aktiivisempi teoria on laukaista massa yli kolmanneksella pakonopeudella , jotta se voidaan erottaa aurinkokunnan painovoimaympyrästä .

Hybrid Mass Accelerator

Vaihtoehtoisesti kiinteä massakiihdytin projisoi liikemassan avaruusalukseen ja avaruusaluksessa oleva massaprojektori laukaisee massan. Tässä tapauksessa avaruusaluksen ei tarvitse löytää itse projektion laatua. Järjestelmä pystyy toimittamaan avaruusalukseen samanaikaisesti myös muita hyödyllisiä materiaaleja, kuten polttoainetta tai ydinlähteitä sähkön lähteenä.

Katso myös

• SpinLaunch
• rautatiease

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 Rakettijärjestelmien fysiikka , joissa on erotettu energia ja ponneaine  .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)