Miten Sähkömagneettinen Propulsio Toimii

{h1}

Hanki hiipiä (jopa ennen nasa: n tutkijoita) uudenlaisessa avaruusalustassa, jota sähkömagneetit voisivat välttää avaruudessa.

Vain vuosikymmeninä avaruusmatkailun ainoat keinot ovat olleet rakettimoottoreita, jotka kulkevat kemiallisen propulsioon. Nyt, 2000-luvun alussa, ilmailu-insinöörit suunnittelevat innovatiivisia tapoja viedä meidät tähtiin, mukaan lukien kevyt propulsio, ydinfuusio-propulsio ja antimateriaalivoima. Lisäksi ehdotetaan uutta tyyppistä avaruusalusta, jolla ei ole mitään ponneaineita. Tämäntyyppinen avaruusalus, jota sähkömagneetit voisivat välttää avaruudessa, voisi viedä meidät kauemmas kuin mikä tahansa näistä muista menetelmistä.

Erittäin alhaisissa lämpötiloissa jäähdytettäessä sähkömagneetit osoittavat epätavallista käyttäytymistä: ensimmäisten nanosekuntien jälkeen, kun niitä käytetään sähköä, ne värisevät. David Goodwin, Yhdysvaltain energiaministeriön korkean energian ja ydinfysiikan toimiston johtaja, ehdottaa, että jos tämä värähtely voi olla yhdestä suunnasta, se voi tarjota tarpeeksi vikaa avaruusalusten kuljettamiseksi avaruuteen kauemmaksi ja nopeammin kuin mikään muu propulsio kehityksessä.

Goodwini kutsuttiin esittelemään ajatuksensa 8. heinäkuuta 2001 järjestetyssä yhteisellä propulsiokonferenssilla Salt Lake Cityssä, Utahissa. Tässä painoksessa Miten asiat toimivat, näet kuinka Goodwin sähkömagneettinen työntöjärjestelmä toimii ja miten se voisi lähettää avaruusaluksia syvälle avaruuteen.

Jolting Into Space

Järjestelmän sydän on superjäähdytteinen solenoidityyppinen sähkömagneetti ja metallilevy, joka aiheuttaa epäsymmetriaa magneettikentässä.

Järjestelmän sydän on superjäähdytteinen solenoidityyppinen sähkömagneetti ja metallilevy, joka aiheuttaa epäsymmetriaa magneettikentässä.

Yhdysvaltain energiaministeriö (DOE) ei tyypillisesti ole kehittämässä NASA: n propulsiojärjestelmiä, mutta se jatkaa parhaillaan parempia suprajohtavia magneetteja ja erittäin nopeita, suuritehoisia kiinteän tilan kytkimet. 1990-luvun puolivälissä Goodwin käytti istuntoa NASAn läpimurto-fysiikkaprojektille, joka pyrkii suunnittelemaan käyttövoimajärjestelmiä, joilla ei ole polttoainetta, käyttävät hyvin suurta energiajärjestelmää ja voittavat lopulta inertia.

"Näytti siltä, ​​että olisi käytettävä jotain keinoa käyttää tätä teknologiaa, jonka [DOE: n tutkijat] kehittivät auttaakseen NASAa saavuttamaan tavoitteensa, ja se pohjimmiltaan syntyi siitä", Goodwin sanoi. DOE-tutkimuksesta tuli Goodwinin idea avaruusvoimajärjestelmästä, jossa käytetään superjäähdytteisiä, suprajohtavia magneetteja, jotka värisevät 400 000 kertaa sekunnissa. Jos tämä nopea pulssi voidaan ohjata yhteen suuntaan, se voi muodostaa erittäin tehokkaan avaruusvoimajärjestelmän, jolla on kyky saavuttaa nopeus 1 prosenttiyksikön nopeuden valon nopeudella.

Ensimmäisen 100 nanosekunnin (miljardisosaa sekunnissa) sähkömagneetin nousuessa sähkömagneetti on ei vakaan tilan joka sallii sen pulssin erittäin nopeasti. Kun se kallistuu, magneettikenttä saavuttaa vakaan tilan, eikä pulssia tapahdu. Goodwin kuvaa sähkömagneettia, jota hän käyttää a solenoidi, joka on pohjimmiltaan suprajohtava magneettinen lanka, joka on kierretty metallisylinterin ympärille. Koko rakenteen halkaisija on 1 jalka (30,5 cm), korkeus 3 jalkaa (91,4 cm) ja paino 55,12 kiloa (25 kg). Tähän käyttövoimajärjestelmään käytetty lanka on a niobium-tiniseoksesta. Useat näistä lanka-alueista kääritään kaapeliin. Tämän sähkömagneetin superjäähdytetään nestemäisellä heliumilla 4 astetta Kelviniin (-452,47 F / -269,15 C).

Magneetin värähtelyä varten sinun on aiheuttava epäsymmetria magneettikentässä. Goodwin aikoo tietoisesti ottaa käyttöön metallilevy magneettikenttään värähtelyliikkeen parantamiseksi. Tämä levy olisi valmistettu joko kuparista, alumiinista tai raudasta. Alumiini- ja kuparilevyt ovat parempia johtimia ja niillä on suurempi vaikutus magneettikenttään. Levy pannaan ylös ja eristetään järjestelmästä luomaan epäsymmetria. Sitten levy tyhjennettäisiin muutamassa sekunnissa (miljoonasosaa sekunnissa), ennen kuin magneetin annettiin värähtyä vastakkaiseen suuntaan.

"Nyt saalis on, voimmeko käyttää tätä ei-vakaa tila edellytys niin, että se vain liikkuu yhteen suuntaan?" Goodwin sanoi. "Ja se on hyvin epävarma siitä, että se voidaan tehdä. Siksi haluamme tehdä kokeilun selvittääksemme." Boingin yhteistyössä Goodwin hakee rahoitusta NASAsta tällaisen kokeilun suorittamiseen.

Järjestelmän avain on kiinteän tilan kytkin joka välittäisi sähkön, joka lähetetään virtalähteestä sähkömagneettiin. Tämä kytkin kytkee sähkömagneetin päälle ja pois päältä 400 000 kertaa sekunnissa. Solid-state -kytkin näyttää jotain ylimitoitettua tietokonekorttia - kuvittele mikroprosessoria noin jääkiekko-kiekon koosta. Sen tehtävänä on ottaa vakaan tilan teho ja muuntaa se hyvin nopeaksi, suuritehoiseksi pulssiksi 400 000 kertaa sekunnissa 30 ampeerilla ja 9 000 voltilla.

Seuraavassa osiossa opit, mihin järjestelmä saa tehonsa ja miten se voi lähettää tulevaisuuden avaruusaluksia aurinkokunnan ulkopuolelle.

Aurinkokuntamme lisäksi

Yhdysvaltain energiaministeriö työskentelee myös NASA: n ydinreaktoreiden suunnitelmista. Goodwin uskoo, että tätä reaktoria voitaisiin käyttää sähkömagneettisen propulsiojärjestelmän voimanlähteenä. DOE pyrkii varmistamaan rahoituksen NASAsta, ja 300 kilowatin reaktori voisi olla valmis vuoteen 2006 mennessä.Käyttövoimajärjestelmä olisi konfiguroitu muuttamaan reaktorin tuottama lämpöteho sähköä varten.

"Syvällä tilalla, Marsilla ja muualla, sinun täytyy melkein tarvita ydinvoimaa, jos aiot siirtää minkä tahansa massan", Goodwin sanoi.

Reaktori tuottaa tehoa indusoituneen ydinfission prosessin kautta, joka tuottaa energiaa jakamalla atomit (kuten uraani-235-atomit). Kun yksittäinen atomi jakautuu, se vapauttaa suuria määriä lämpöä ja gamma-säteilyä. Yksi kiloa (0,45 kg) erittäin rikastettua uraania, kuten ydinmateriaalina käytettävän sukellusveneen tai ydinvoimalaitokaluston kantaja, on yhtä suuri kuin noin miljoona gallonaa (3,8 miljoonaa litraa) bensiiniä. Yksi kiloa uraania on vain noin baseball-kokoa, joten se voi avata avaruusaluksen pitkiä aikoja ilman, että se vie paljon tilaa sille. Tällainen ydinvoimaisella, sähkömagneettisesti liikutetulla avaruusaluksella pystyttäisiin kulkemaan uskomattoman suuret matkat.

Tämä sisältö ei ole yhteensopiva tämän laitteen kanssa.

Ydinreaktorin lämpöenergia voitaisiin muuntaa sähköksi avaruusaluksen valtaan. Tässä nähdään uraani-235-ydin, joka hajoaa indusoidun fissiumin kautta.

"Ette voineet tehdä sitä lähimpään tähtiin, mutta voisit tarkastella heliopauussa tehtäviä tehtäviä", Goodwin sanoi. "Jos se toimi erittäin hyvin, se voisi osua nopeuteen, joka on 1 prosentti valon nopeudesta. Tällöin satoja vuosia päästäisiin lähimpään tähtiin, mikä on vielä epäkäytännöllistä."

Heliopause on kohta, jossa auringon tuuli auringosta kohtaa tähtien tähtien aurinkotuulen. Se sijaitsee noin 200 tähtitieteellisiä yksiköitä (AU) auringosta (heliopauun tarkka sijainti ei ole tiedossa). Yksi AU on sama kuin keskimääräinen etäisyys auringosta Maan tai noin 93 miljoonaa mailia (150 miljoonaa km). Vertailun vuoksi Pluto on 39,53 AU auringosta.

Ihmisten siirtämiseksi olisi rakennettava paljon suurempi laite, mutta 1-metrinen halkaisija, 3-jalka-korkea sähkömagneettinen, voisi työntää pienen, miehittämättömän avaruusaluksen, kuten tähtienvälinen koetin hyvin pitkälle matkoille. Goodwinin mukaan järjestelmä on erittäin tehokas, ja se tuo paljon valtaa suprajohtajan kautta. Kysymys on siitä, voivatko tutkijat muuttaa voiman käyttövoimaksi tuhoamatta magneettia. Nopea tärinä todennäköisesti tuovat magneetin sen vahvuuden reunaan.

Tällaisen järjestelmän skeptikot sanovat, että kaikki Goodwin saa aikaan sen, että se värisee magneettia nopeasti, mutta se ei mene mihinkään. Goodwin myöntää, ettei ole vielä mitään todisteita siitä, että hänen käyttövoimajärjestelmä toimisi. "Se on erittäin spekulatiivista, ja suurimmillaan optimistisimmilla päivilläni, mielestäni on 10 mahdollisuutta, että se voisi toimia", Goodwin sanoi. Tietenkin 100 vuotta sitten ihmiset uskoivat, että meillä oli vielä vähemmän mahdollisuuksia päästä koskaan avaruuteen.


Video Täydentää: Jenni Kallio kertoo levyseppähitsaajakoulutuksesta, hae mukaan!.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com