Elektromagnetisk katapult

En elektromagnetisk katapult eller massaccelerator  är en installation för att accelerera föremål med hjälp av elektromagnetiska krafter . För flygplan är det ett alternativ till en jetmotor .

Funktionsprincipen för en elektromagnetisk katapult är baserad på accelerationen av ett föremål som rör sig längs en guide med hjälp av ett magnetfält. Objektets hastighet när det lämnar guiden beror på magneternas kraft och längden på guiden. När du använder en elektromagnetisk katapult för att övervinna planeternas gravitation (till exempel för att skjuta upp konstgjorda satelliter från jorden och månen ), kan guidens längd nå många hundra kilometer .

Den slutliga hastigheten för ett objekt kan beräknas med formeln:

Där L är ledarnas längd, är a accelerationen som orsakas av magnetfältet.

Till exempel, för en acceleration på 4g och en längd på 100 km får vi en hastighet på 2828 m/s.

Teoretiskt kan sådana acceleratorer användas för att sprida last. Under överskådlig framtid kan man bara tänka på att installera elektromagnetiska katapulter på planetariska satelliter eller på planeter med en försåld atmosfär (till exempel Mars ).

Historik

Den ursprungliga teorin om massacceleratorn dök upp 1897 i science fiction -serien The Trip to Venus av John Munro. Boken refererar till massacceleratorn som en elektromagnetisk katapult, vilket beskrivs som ett stort antal spolar som används för att ändra magnetiseringen vid rätt tidpunkt för att få projektilens acceleration. Accelerationen kan styras till den punkt där projektilen kan avfyras.

Den första elektroniska katapultprototypen dök upp 1976 som en prototyp: Mass Driver 1 byggd främst vid Massachusetts Institute of Technology . Dessutom skapades ett stort antal prototyper av US Institute of Space Research för att bevisa deras egenskaper och praktiska egenskaper. Ett sådant system skulle kunna användas för framdrivning av rymdfarkoster .

Fast massaccelerator

På grund av jordens gravitation finns det många svårigheter att skapa en kvalitetsaccelerator. Till exempel, i en tät atmosfär, på grund av luftmotstånd, kommer ett föremål som avfyras av en katapult att sakta ner. Samtidigt kommer ett föremål som är för snabbt att generera olidligt hög värme på grund av luftfriktion, så det är svårt att uppnå den första utrymningshastigheten (7,9 km/s). Av dessa skäl är det planerat att placera fasta acceleratorer på månen och små planeter utan atmosfär.

Dessa massprojektorer, som är installerade på månen eller asteroider, är i grunden en del av rymdkonstruktionen. Till exempel inkluderar en plan för att bygga en rymdkolonisatellit vid Lagrange-punkten en plan för att skjuta upp en resurs från månen för att sätta upp en massprojektor för att skjuta upp månen.

Massaccelerator på rymdskepp

Rymdfarkosten kan bära en katapult som huvudmotor. Med en lämplig elektrisk energikälla (som en kärnreaktor ) kan rymdfarkosten sedan använda boostern för att avfyra bitar av materia av nästan vilket slag som helst och på så sätt trycka i motsatt riktning. På den minsta skalan av massan som är involverad i reaktionen kallas denna typ av framdrivning en jonframdrivning .

Det finns ingen absolut teoretisk gräns för storleken, accelerationen eller mynningsenergin hos linjärmotorer. Praktiska tekniska gränser är dock acceptabla, såsom effekt till viktförhållande, spillvärmeavledning och energiförbrukning som är mer bekväm att leverera och hantera. Avgashastigheten får varken vara för låg eller för hög [1] .

Beroende på målet finns det gränser för den optimala avgashastigheten och specifika impulsen för alla motorer beroende på rymdfarkostsmonterade kraftkällor. Trycket och rörelsemängden från avgaserna per massenhet som sprutas ut varierar linjärt med hastigheten ( rörelsemängd = mv), medan den kinetiska energin och mängden inkommande energi är proportionella mot kvadraten på hastigheten ( kinetisk energi = 1 ⁄ 2 mv 2 ). För låg avgashastighet kan leda till en alltför stor ökning av den drivmedelsmassa som krävs av raketekvationen med för hög andel av energin som levereras till boostern av drivmedel som ännu inte har använts. Högre avgashastighet har både fördelen och nackdelen av att förbättra bränsleeffektiviteten (mer momentum per massaenhet drivmedel som skjuts ut), men minskande dragkraft och rymdfarkostens nuvarande accelerationshastighet om den tillgängliga krafttillförseln är konstant (mindre momentum per enhet energi som levereras till raketen launcher). bränsle) [1] . +

Eftersom den elektromagnetiska katapulten kan projicera nästan vilken massa material som helst, är den ett idealiskt val för långdistansfarkoster med stabil strömförsörjning. Med massacceleratorn kan du använda vilken massa som helst som erhålls i universum som bränsle.

Eftersom den elektriska uteffekten är mycket mer stabil och stabil, är den i detta skede utformad med hjälp av nukleära rymdfarkoster.

Nackdelen med denna rymdfarkost är att materialet den projicerar kommer att färdas med en mycket farlig hastighet, vilket gör det svårt att använda denna typ av framdrivning på en fast kanal. Den relevanta teorin är för närvarande huvudsakligen baserad på förmågan att endast avge pulver. Men eftersom den kinetiska energin fortfarande finns kvar, är effekten på omloppsbanan fortfarande där. En mer aktiv teori är att skjuta upp massan med mer än en tredjedel av flykthastigheten så att den kan separeras från solsystemets gravitationscirkel .

Hybrid Mass Accelerator

Alternativt projicerar en fast massaccelerator motivmassa på rymdfarkosten och en massprojektor på rymdfarkosten skjuter upp massan. I det här fallet behöver rymdfarkosten inte hitta kvaliteten på själva projektionen. Systemet är också kapabelt att samtidigt leverera andra användbara material till rymdfarkosten, såsom bränsle eller kärnkraftskällor som en källa till elektricitet.

Se även

• SpinLaunch
• railgun

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Fysik av raketsystem med separerad energi och drivmedel  .

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)