Elektromagnetisk framdrivning kan ta oss till heliopausen med en hastighet som inte kan uppnås med konventionella rymdfarkoster. Källa:NASA I årtionden, det enda sättet för rymdresor har varit raketmotorer som tar slut på kemisk framdrivning. Nu, i början av 2000 -talet, rymdingenjörer utvecklar innovativa sätt att ta oss till stjärnorna, inklusive lätt framdrivning, kärnfusionsdrivning och antimateriedrift. En ny typ av rymdfarkoster som saknar drivmedel föreslås också. Denna typ av rymdfarkoster, som skulle stötas genom rymden av elektromagneter, kan ta oss längre än någon av dessa andra metoder.
Vid kylning till extremt låga temperaturer, elektromagneter visar ett ovanligt beteende:För de första nanosekunderna efter att elektricitet applicerats på dem, de vibrerar. David Goodwin , en programchef vid U.S. Department of Energy's Office of High Energy and Nuclear Physics, föreslår att om denna vibration kan hållas i en riktning, det kan ge tillräckligt med skott för att skicka rymdfarkoster längre och snabbare ut i rymden än någon annan framdrivningsmetod under utveckling.
Goodwin blev inbjuden att presentera sin idé vid en gemensam framdrivningskonferens den 8 juli, 2001, i Salt Lake City, Utah. I denna upplaga av Hur saker kommer att fungera , du får se hur Goodwins elektromagnetiska framdrivningssystem fungerar och hur det kan skicka rymdfarkoster djupt ut i rymden.
Hjärtat i systemet är det superkylda, elektromagnet i solenoidstil och metallplattan som orsakar asymmetri i magnetfältet. US Department of Energy (DOE) arbetar vanligtvis inte med att utveckla framdrivningssystem för NASA, men det arbetar kontinuerligt med bättre supraledande magneter och mycket snabb, hög kraft solid-state switchar . I mitten av 1990-talet Goodwin ledde en session för NASA:s Breakthrough Propulsion Physics Project, som arbetar med att designa framdrivningssystem som inte har något drivmedel, använda ett mycket högt energisystem och kan så småningom övervinna tröghet.
"Det verkade som om det borde finnas något sätt att använda denna teknik som [DOE -forskare] utvecklade för att hjälpa NASA att nå sina mål, och det kom i princip från det, "Sa Goodwin. Det som kom från DOE-forskningen var Goodwins idé om ett rymddrivningssystem som använder superkyld, supraledande magneter som vibrerar 400, 000 gånger per sekund. Om denna snabba puls kan riktas i en riktning, det skulle kunna skapa ett mycket effektivt rymdframdrivningssystem med förmågan att uppnå hastigheter i storleksordningen en bråkdel av 1 procent av ljusets hastighet.
Under de första 100 nanosekunderna (miljarddels sekund) av en elektromagnet som stiger upp, elektromagneten finns i en icke-stabilt tillstånd som gör att den kan pulsera mycket snabbt. Efter att det rasar upp, magnetfältet når ett stabilt tillstånd och ingen puls uppstår. Goodwin beskriver elektromagneten han använder som en magnetventil , som i grunden är en supraledande magnetisk tråd lindad runt en metallcylinder. Hela strukturen kommer att ha en diameter på 30,5 cm, en höjd av 3 fot (91,4 cm) och en vikt på 55,12 pund (25 kg). Tråden som används för detta framdrivningssystem är en niob-tennlegering . Flera av dessa trådsträngar kommer att lindas in i en kabel. Denna elektromagnet kyls sedan med flytande helium till 4 grader Kelvin (-452,47 F / -269,15 C).
För att magneten ska vibrera, du måste orsaka asymmetri i magnetfältet. Goodwin planerar att medvetet införa en metallplatta in i magnetfältet för att förbättra den vibrerande rörelsen. Denna platta skulle vara gjord av antingen koppar, aluminium eller järn. Aluminium- och kopparplattorna är bättre ledare och har en större effekt på magnetfältet. Plattan skulle laddas upp och isoleras från systemet för att skapa asymmetri . Då tappades plattan ur elektricitet i de få mikrosekunderna (miljondelar av en sekund) innan magneten fick svänga i motsatt riktning.
"Nu, fångsten här är, kan vi använda detta icke-stabila tillstånd på ett sådant sätt att det bara rör sig i en riktning? "sa Goodwin." Och det är där det är mycket osäkert att det kan göras. Det är därför vi skulle vilja göra ett experiment för att ta reda på det. ”Tillsammans med Boeings samarbete, Goodwin söker finansiering från NASA för att utföra ett sådant experiment.
Nyckeln till systemet är solid-state switch som skulle förmedla den elektricitet som skickas från strömförsörjningen till elektromagneten. Denna strömbrytare slår på och av elektromagneten 400, 000 gånger per sekund. En solid-state switch ser ungefär ut som ett överdimensionerat datorchip-tänk dig en mikroprocessor ungefär lika stor som en hockeypuck. Dess uppgift är att ta steady-state-makten och konvertera den till en mycket snabb, hög effektpuls 400, 000 gånger per sekund vid 30 ampere och 9, 000 volt.
I nästa avsnitt, du lär dig var systemet drar sin kraft ifrån och hur det kan skicka framtida rymdfarkoster bortom vårt solsystem.
Det amerikanska energidepartementet arbetar också med planer på en kärnkraftsreaktor för NASA. Goodwin tror att denna reaktor kan användas för att driva det elektromagnetiska framdrivningssystemet. DOE arbetar för att säkra finansiering från NASA, och en 300-kilowattreaktor kan vara klar år 2006. Framdrivningssystemet skulle konfigureras för att omvandla den värmeeffekt som reaktorn genererar till elektrisk kraft.
"För djupt utrymme, Mars och bortom, du behöver ganska mycket kärnvapen om du ska flytta någon massa, "Sa Goodwin.
Reaktorn kommer att generera kraft genom processen med inducerad kärnklyvning, som genererar energi genom att klyva atomer (som uran-235 atomer). När en enda atom splittras, det släpper ut stora mängder värme och gammastrålning. Ett pund (0,45 kg) starkt berikat uran, som den som användes för att driva en kärnbåt eller kärnkraftsbåt, är ungefär 1 miljon gallon (3,8 miljoner liter) bensin. Ett kilo uran är bara ungefär lika stort som en baseboll, så det kan driva ett rymdfarkoster under långa perioder utan att ta mycket plats på det. Denna typ av kärnkraftsdrivna, elektromagnetiskt drivna rymdfarkoster skulle kunna passera otroligt stora avstånd.
Termisk energi från en kärnreaktor kan omvandlas till elektricitet för att driva rymdfarkosten.
"Du kunde inte ta dig till närmaste stjärna, men du kan titta på uppdrag till heliopausen, "Goodwin sa." Om det fungerade extremt bra, den kan träffa hastigheter på en bråkdel av 1 procent av ljusets hastighet. Även på det, det skulle ta hundratals år att nå den närmaste stjärnan, vilket fortfarande är opraktiskt. "
De heliopaus är den punkt där solvinden från solen möter den interstellära solvinden som skapats av de andra stjärnorna. Det ligger cirka 200 astronomiska enheter (AU) från solen (den exakta platsen för heliopausen är okänd). En AU är lika med det genomsnittliga avståndet från solen till jorden, eller cirka 150 miljoner mil. För jämförelse, Pluto är 39,53 AU från solen.
För att flytta människor, en mycket större enhet måste byggas, men diameteren på en fot, 3 fot lång elektromagnetisk kan pressa små, obemannade rymdfarkoster som en interstellar sond till mycket långa avstånd. Systemet är mycket effektivt, enligt Goodwin, och det lägger mycket kraft genom en superledare. Frågan är om forskare kan omvandla den kraften till framdrivning utan att förstöra magneten. Den snabba vibrationen skulle troligen föra magneten till kanten av dess styrka.
Skeptiker till ett sådant system säger att allt Goodwin kommer att åstadkomma är att vibrera magneten mycket snabbt, men det går inte någonstans. Goodwin medger att det ännu inte finns några bevis för att hans framdrivningssystem kommer att fungera. "Det är mycket spekulativt, och under mina mest optimistiska dagar, Jag tror att det finns en chans av tio att det kan fungera, "sa Goodwin. Naturligtvis, 100 år sedan, människor trodde att vi hade ännu mindre chans att någonsin komma till rymden alls.
