Регистрация Войти
Вход на сайт

Как будет работать электромагнитный двигатель космического аппарата

4 февраля 2014 13:12

Как будет работать электромагнитный двигатель космического аппаратаВ течение многих десятилетий единственным средством космических путешествий были ракетные двигатели, которые работали на реактивном движении. Сегодня, в начале 21 века, аэрокосмические инженеры разрабатывают инновационные способы, которые смогут унести нас прочь к звездам, в том числе двигатели на энергии термоядерного синтеза и антивеществе. Однако есть и другие типы. Тип космического корабля, который будет проталкиваться в космос электромагнитами, может увезти нас дальше, чем любой из перечисленных методов.

При охлаждении до чрезвычайно низких температур электромагниты демонстрируют необычное поведение: в течение первых нескольких наносекунд после применения к ним электричества они вибрируют. Дэвид Гудвин, менеджер по программам Министерства высоких энергий и ядерной физики США, еще несколько лет назад предположил, что если эту вибрацию направить в одном направлении, она предоставит достаточный толчок для того, чтобы отправить космический корабль дальше и быстрее в космос, чем любой из методов движения, которые находятся в разработке.

8 июля 2001 года Гудвин представил свою идею на конференции в Солт-Лейк-Сити. Давайте разберемся, как могла бы работать электромагнитная силовая установка Гудвина и как она однажды может стать основой для космолетов будущего.

Толчок в космос

Американское министерство энергетики (DOE), как правило, не занимается разработкой двигательных установок для NASA, однако постоянно работает над созданием сверхпроводящих магнитов и очень быстрых и мощных твердотельных переключателей. В середине 90-х годов Гудвин организовал проект в NASA, в рамках которого нужно было продумать систему двигателя без ракетного топлива, которая использовала бы потенциал высоких энергий и преодолела инерцию.

«Казалось, что есть какой-то способ использовать эту технологию, если объединить ученых DOE и цели NASA, и в принципе, отсюда все и пошло», — говорил Гудвин. От DOE была идея Гудвина использовать в двигательной установке космического корабля переохлажденные сверхпроводящие магниты, вибрирующие 400 000 раз в секунду. Если этот мощный импульс направить в одну сторону, можно создать крайне эффективную двигательную установку со способностью набрать скорость порядка одного процента от световой.

В течение первых 100 наносекунд (миллиардная доля секунды) электромагнит находится в нестабильном состоянии, которое позволяет ему пульсировать крайне часто. После того как этот период проходит, магнитное поле достигает стабильного состояния и пульсация прекращается. Гудвин описывает свой электромагнит как обычный соленоид, который по сути представляет собой сверхпроводящий магнитный провод, обернутый вокруг металлического цилиндра. Вся структура в диаметре составляет 30,5 сантиметра, длина ее 91,4 см, а вес — 25 кг. Провод сделан из ниобий-оловянного сплава. Некоторые из этих проводов будут обернуты в кабель. После этого электромагнит охлаждается жидким гелием до -269,15 градуса по Цельсию.

Чтобы магнит вибрировал, нужно вызвать асимметрию в магнитном поле. Гудвин планировал вводить металлическую пластину в магнитное поле для улучшения колебательных движений. Эта пластину могла быть из меди, алюминия или железа. Алюминиевые и медные пластины лучше проводят и лучше влияют на магнитное поле. Пластина будет заряжена и изолирована от системы, чтобы создать асимметрию. После пластина будет терять электричество в течение нескольких микросекунд, чтобы магнит колебался в нужном направлении.

«И вот, вопрос в том, можем ли мы использовать это нестабильное состояние так, чтобы двигаться в одном направлении?», — спрашивает Гудвин. — «Здесь момент очень спорный. Именно поэтому мы хотели провести эксперимент». В сотрудничестве с Boeing, Гудвин ждет финансирования от NASA, чтобы провести этот эксперимент.

Ключевой деталью системы является твердотельный переключатель, который стал бы посредником для электричества, посылаемого от источника питания к электромагниту. Этот переключатель по большей части включает и выключает электромагнит 400 000 раз в секунду. Твердотельный переключатель выглядит как негабаритный компьютерный чип — представьте себе микропроцессор размером с хоккейную шайбу. Его работа в том, чтобы взять стабильное питание и превратить его в мощный импульс с частотой 400 000 раз в секунду на 30 ампер и 9000 вольт.

Откуда возьмется это питание?

За пределы Солнечной системы

Министерство энергетики США также работало над планами по созданию ядерного космического реактора для NASA. Гудвин считает, что этот реактор можно использовать для питания системы электромагнитного движения. Министерство энергетики работало над обеспечением финансирования и 300-киловаттным реактором, который мог стать реальностью к 2006 году. Силовая установка преобразовывала бы тепловую энергию, вырабатываемую реактором, в электроэнергию.

«Для глубокого космоса, Марса и далее, вам нужна ядерная энергия, чтобы передвинуть любую массу», — говорит Гудвин.

Реактор способен вырабатывать питание в процессе индуцированного ядерного деления, которое производит энергию, расщепляя атомы (к примеру, уран-235). Когда распадается один атом, он выпускает большое количество тепла и гамма-излучения. Полкило обогащенного урана используется для питания атомной подводной лодки или атомного авианосца и с успехом заменяет 3,8 миллиона литров бензина. Полкило урана размером с мячик для гольфа может находиться на космическом корабле в течение довольно длительного времени, особо не занимая места.

Тепловая энергия из ядерного реактора отлично подойдет для питания космического корабля.

«Вы не доберетесь до ближайшей звезды, но слетать к гелиопаузе — вполне», — говорит Гудвин. — «Если все пойдет хорошо, можно набрать скорость в один процент от световой. Даже с такой скоростью добраться до ближайшей звезды можно было бы за сотни лет, что довольно непрактично».

Гелиопауза — это пункт, в котором солнечный ветер от Солнца встречается с межзвездным солнечным ветром, созданным другими звездами.

Для того, чтобы перевозить людей, должно быть построено крупное устройство, однако электромагнит совсем небольших размеров мог бы подтолкнуть небольшой исследовательский корабль на довольно большую дистанцию. Система, согласно Гудвину, чрезвычайно эффективна. Вопрос в том, смогут ли ученые конвертировать энергию движения, не разрушив сам магнит. Быстрая вибрация, скорее всего, поставит магнит перед вопросом быть или не быть.

Скептики говорят, что Гудвин сможет заставить магнит вибрировать быстро и часто, но это ни к чему не приведет. Гудвин признает, что нет никаких доказательств, что его силовая установка будет работать. Но один шанс из десяти есть. В конце концов, еще сто лет назад люди были твердо уверены, что мы никогда не доберемся до космоса.

hi-news.ru


Рейтинг статьи:
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.
Оставить комментарий
Ваше имя: *
Ваш e-mail: *
Текст комментария:
Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Код: Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код
Введите код: