Catapulta electromagnetica

O catapultă electromagnetică sau un accelerator de masă  este o instalație pentru accelerarea obiectelor folosind forțe electromagnetice . Pentru avioane, este o alternativă la un motor cu reacție .

Principiul de funcționare al unei catapulte electromagnetice se bazează pe accelerația unui obiect care se deplasează de-a lungul unui ghidaj folosind un câmp magnetic. Viteza obiectului la părăsirea ghidajului depinde de puterea magneților și de lungimea ghidajului. Atunci când utilizați o catapultă electromagnetică pentru a depăși gravitația planetelor (de exemplu, pentru a lansa sateliți artificiali ai Pământului și Lunii ), lungimea ghidului poate ajunge la multe sute de kilometri .

Viteza finală a unui obiect poate fi calculată folosind formula:

Unde L este lungimea ghidajelor, a este accelerația cauzată de câmpul magnetic.

De exemplu, pentru o accelerație de 4g și o lungime de 100 km , obținem o viteză de 2828 m/s.

Teoretic, astfel de acceleratoare pot fi folosite pentru a dispersa marfa. În viitorul previzibil, nu se poate gândi decât la instalarea de catapulte electromagnetice pe sateliți planetari sau pe planete cu atmosferă rarefiată (de exemplu, Marte ).

Istorie

Teoria originală a acceleratorului de masă a apărut în 1897 în ficțiunea științifico-fantastică The Trip to Venus de John Munro. Cartea se referă la acceleratorul de masă ca o catapultă electromagnetică, care este descrisă ca un număr mare de bobine folosite pentru a schimba magnetizarea la momentul potrivit pentru a obține accelerația proiectilului. Accelerația poate fi controlată până la punctul în care proiectilul poate fi tras.

Primul prototip de catapultă electronică a apărut în 1976 ca prototip: Mass Driver 1 construit în principal la Institutul de Tehnologie din Massachusetts . De asemenea, un număr mare de prototipuri au fost create de către Institutul de Cercetări Spațiale din SUA pentru a-și dovedi proprietățile și caracterul practic. Un astfel de sistem ar putea fi folosit pentru propulsia navelor spațiale .

Accelerator de masă fix

Datorită gravitației Pământului, există multe dificultăți în crearea unui accelerator de calitate. De exemplu, într-o atmosferă densă, datorită rezistenței aerului, un obiect tras de o catapultă va încetini. În același timp, un obiect care este prea rapid va genera căldură insuportabil de mare din cauza frecării aerului, astfel încât este dificil să se atingă prima viteză de evacuare (7,9 km/s). Din aceste motive, se plănuiește plasarea acceleratoarelor cu masă fixă ​​pe Lună și pe planete mici fără atmosferă.

Aceste proiectoare de masă, care sunt instalate pe Lună sau pe asteroizi, sunt practic parte a construcției spațiale. De exemplu, un plan de a construi un satelit de colonie spațială la punctul Lagrange include un plan de a lansa o resursă de pe Lună pentru a configura un proiector de masă pentru a lansa luna.

Accelerator de masă pe nave spațiale

Nava spațială poate transporta o catapultă ca motor principal. Cu o sursă adecvată de energie electrică (cum ar fi un reactor nuclear ), nava spațială ar putea folosi apoi rapelul pentru a trage bucăți de materie de aproape orice fel, împingând astfel în direcția opusă. La cea mai mică scară a masei implicate în reacție, acest tip de propulsie se numește propulsie ionică .

Nu există o limită teoretică absolută a mărimii, accelerației sau energiei de foc a motoarelor liniare. Cu toate acestea, limitele practice de inginerie sunt acceptabile, cum ar fi raportul putere/greutate, disiparea căldurii reziduale și consumul de energie care este mai convenabil de furnizat și procesat. Viteza de evacuare nu trebuie să fie nici prea mică, nici prea mare [1] .

În funcție de țintă, există limite ale vitezei optime de evacuare și ale impulsului specific pentru orice motor dependent de sursele de energie montate pe nave spațiale. Înălțimea și impulsul de la gazele de eșapament pe unitatea de masă ejectată variază liniar cu viteza ( momentum = mv), în timp ce energia cinetică și cantitatea de energie primită sunt proporționale cu pătratul vitezei ( energie cinetică = 1 ⁄ 2 mv 2 ). Viteza de evacuare prea mică poate duce la o creștere excesivă a masei de propulsor cerută de ecuația rachetei cu o proporție prea mare a energiei furnizate amplificatorului de către combustibilul care nu a fost încă utilizat. Viteza mai mare de evacuare are atât avantajul, cât și dezavantajul de a îmbunătăți eficiența combustibilului (mai mult impuls pe unitatea de masă de propulsor ejectat), dar scăderea forței și a ratei de accelerație curentă a navei spațiale dacă puterea disponibilă este constantă (mai puțin impuls pe unitate de energie livrat rachetei). lansator).combustibil) [1] . +

Deoarece catapulta electromagnetică poate proiecta aproape orice masă de material, este o alegere ideală pentru navele spațiale pe distanțe lungi cu o sursă de alimentare stabilă. Cu acceleratorul de masă, puteți folosi orice masă obținută în univers drept combustibil.

Deoarece puterea electrică de ieșire este mult mai stabilă și mai stabilă, în această etapă, este proiectată folosind vehicule spațiale nucleare.

Dezavantajul acestei nave spațiale este că materialul pe care îl proiectează se va deplasa cu o viteză foarte periculoasă, ceea ce face dificilă utilizarea acestui tip de propulsie pe un canal fix. Teoria relevantă se bazează în prezent în principal pe capacitatea de a emite doar pulbere. Dar, din moment ce energia cinetică este încă acolo, efectul asupra orbitei este încă acolo. O teorie mai activă este lansarea masei cu o viteză de evacuare mai mare de o treime , astfel încât să poată fi separată de cercul gravitațional al sistemului solar .

Accelerator de masă hibrid

Alternativ, un accelerator de masă fix proiectează masa motrice pe navă spațială și un proiector de masă pe navă spațială lansează masa. În acest caz, nava spațială nu trebuie să găsească calitatea proiecției în sine. Sistemul este, de asemenea, capabil să livreze simultan alte materiale utile navei spațiale, cum ar fi combustibil sau surse nucleare ca sursă de electricitate.

Vezi și

• SpinLaunch
• gun rail

Note

1. ↑ 1 2 Fizica sistemelor de rachete cu energie și combustibil separat  .

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)