Wzmocniony pędnik z oscylującym polem magnetycznym - Magnetic field oscillating amplified thruster
Oscylujące pole magnetyczne wzmacniany strumieniowy ( MOA , często nazwane silnikiem plazmy przez media) jest uniwersalny system electrothermodynamic, które są w stanie przyspieszyć prawie każdy naładowany elektrycznie gazowe medium ( w osoczu wniosek) o bardzo wysokiej prędkości, wytwarzając w ten sposób wysoką plazmy energetyczny strumień w spalinach, a także ogólnie płyny przewodzące prąd elektryczny (zastosowanie hydrodynamiczne).
Aby to zrobić, MOA wykorzystuje tzw fala alfvena , fizyczna zasada ciągu magnetohydrodynamiki który został opisany pierwszy w 1942 roku przez późniejszego nagrody Nobla zwycięzca Hannes Alfvén i który stanowi, że zmienne pole magnetyczne może wywołać fale gęstości w elektrycznych mediów przewodzących (np plazma , słona woda itp.). Te fale gęstości mogą osiągać bardzo duże prędkości, a ponieważ cząsteczki wewnątrz ośrodka są z nimi sprzężone, cząstki są również przyspieszane do bardzo dużych prędkości, odpowiednio osiągając bardzo wysokie energie kinetyczne.
Ze względu na mechanizm ogrzewania oparty na kompresji adiabatycznej , MOA zasadniczo różni się od innych silników elektrotermicznych , zwłaszcza od pędników magnetoplazmadynamicznych lub MPD, z którymi czasami jest porównywany zbiorczym określeniem silnika plazmowego.
Obszary zastosowań
Z powodu dużych prędkości spalin i związanego z nimi wysokiego impulsu właściwego i / lub wysokiej energii cząstek, wyłaniają się dwa główne obszary zastosowań: lot kosmiczny i powlekanie określonych materiałów. W przypadku lotów kosmicznych wysoki impuls właściwy prowadzi do znacznego zmniejszenia zużycia paliwa (nawet o 90%) w porównaniu do MOA z najnowocześniejszymi silnikami jonowymi . W przypadku powłoki wysoka energia kinetyczna cząstek spalin prowadzi do dużej głębokości wnikania w materiał docelowy. Pozwala to np. Na hartowanie stali, aluminium i innych metali, ale także na zmianę właściwości materiałowych szkła i tworzyw sztucznych.
Dodatkową zaletą koncepcji MOA jest brak korozji , co zapewnia długą żywotność systemu. Te same pola magnetyczne, które generują fale Alfvéna, uniemożliwiają cząstkom o wysokiej energii uderzanie w ścianę pędnika lub jakikolwiek inny element konstrukcyjny MOA, dzięki czemu prawie nieodłącznie unika się wszelkich uszkodzeń wywołanych przez cząstki.
Utworzenie systemu MOA
Aplikacja plazmowa
W zasadzie pędnik MOA składa się z pięciu podsystemów:
- Generator plazmy,
- Rura centralna,
- Cewka pierwotna,
- Cewka wtórna,
- Jednostki zasilające i sterujące.
Generatora plazmy powoduje ciągły przepływ zjonizowanych cząsteczek, które dryfują wewnątrz rury środkowej ku dyszy wydechowej magnetycznego. Cząsteczkami tymi mogą być na przykład cząsteczki azotu lub wodoru , a także gazy szlachetne, takie jak argon lub ksenon, lub inne substancje gazowe. Ponieważ cząstki są zjonizowane, reagują na dwa pola magnetyczne, które są generowane przez cewkę pierwotną i wtórną . Spośród tych dwóch cewka pierwotna jest stale włączona, ponieważ tworzy również magnetyczną dyszę wylotową, podczas gdy cewka wtórna jest cyklicznie włączana i wyłączana w celu odkształcenia linii pola magnetycznego systemu. W wyniku tej deformacji generowane są fale Alfvéna, które w kolejnym kroku transportują, kompresują i przyspieszają medium napędowe do określonych, wcześniej zdefiniowanych parametrów. Wreszcie jednostki zasilające i sterujące zapewniają, że pędnik MOA działa w ramach przewidywanych parametrów.
Ponieważ koncepcja wymaga generatora plazmy do wytwarzania zjonizowanych cząstek, MOA można w zasadzie opisać jako elektryczny układ napędowy, podobny do silnika jonowego. Jednak ze względu na interakcję pól magnetycznych cząstki są równie dobrze ściskane i podgrzewane adiabatycznie, zmieniając w ten sposób cały układ w układ elektrotermodynamiczny . Połączenie zasad elektrycznych i termodynamicznych prowadzi również do ujednolicenia odpowiednich zalet. Jako taki MOA charakteryzuje się z jednej strony wysoką sprawnością elektrycznych układów napędowych, z drugiej zaś zdolnością do przyspieszania dużej liczby cząstek - podobnie jak układ termiczny - dzięki czemu osiąga stosunkowo dużą siłę ciągu przy wysokim impulsie właściwym. Nowatorską propozycją jest połączenie dużej energii cząstek / prędkości spalin i stosunkowo dużego ciągu w tej postaci. Wysoka elastyczność zmiany ciągu i specyficznego impulsu w locie poprzez dostosowanie przepływu masy i poboru mocy jest obecnie unikalną cechą zapewnianą przez tę nowatorską koncepcję steru strumieniowego.
Aplikacja hydrodynamiczna
W zastosowaniu hydrodynamicznym MOA różni się przede wszystkim tym, że źródło plazmy nie jest już potrzebne. Podstawową funkcją jest podparcie z płynem przewodzącym prąd elektryczny lub elektrolitem dostępnym ze zbiornika lub zbiornika środowiskowego (słona woda morska itp.).
Historia i stan obecny
MOA został pierwotnie wymyślony i zdefiniowany przez Manfreda Hettmera w 1982 roku. Opracował on również system z modelu teoretycznego w praktyczne urządzenie po osiągnięciu podstawowego poziomu własnego finansowania dzięki swojej przedsiębiorczości w branży IT. W pierwszym logicznym kroku w 1998 roku zaczął kodować symulację komputerową, aw 1999 roku zbudował makietę do definiowania komponentów i funkcji (początkowo bez źródła plazmy). Nawiązując kontakty zawodowe, Hettmer był również w stanie skompletować niewielki zespół. Pierwsze testy z funkcjonalnym modelem płytki prototypowej przeprowadzono w laboratorium LRT (Institute of Astronautics) Politechniki Monachium w Garching . Pierwszy wniosek patentowy został złożony w 2003 roku.
W ekspertyzie Horsta Loeba (zdobywcy Medalu Stuhlingera w 2005 r.) Na Justus-Liebig-University Gießen , koncepcja MOA została również potwierdzona na podstawie koncepcji technicznej i danych symulacyjnych stworzonych przez Hettmera.
Wreszcie, do dalszych badań można wykorzystać laboratorium na Politechnice w Grazu . W Instytucie Sieci Komunikacyjnych i Łączności Satelitarnej kampania testowa była kontynuowana i wykazała wykonalność koncepcji MOA. Uzyskane wyniki zostały zaprezentowane na Międzynarodowym Kongresie Astronautycznym w Fukuoce w Japonii 21 października 2005 roku. Artykuł napisany przez Hettmera został opublikowany w czasopiśmie w Niemczech w 2006 roku.
Dedykowana firma o nazwie QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH (austriacki rejestr firm HG Wien FN 268333h) założona przez Hettmera w 2003 roku została założona w celu dalszego rozwoju technologii MOA i testowania potencjalnych zastosowań naziemnych, zarówno w lotach kosmicznych, w dziedzinie powlekania i inne obszary. Latem 2005 r. Prototyp MOA osiągnął TRL 5 ( poziom gotowości technologicznej ) po sprawdzeniu komponentu i / lub płytki prototypowej w odpowiednim środowisku .
Po zamknięciu QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH na początku 2009 r. Z powodu trudności wewnętrznych z akcjonariuszami i inwestorami, Hettmer kontynuował projekt w dużej mierze z własnych środków w ramach dostępnych możliwości. Planowane jest wdrożenie komercyjnej aplikacji.
Zobacz też
Bibliografia
- ^ „ Raumfahrt Concret ” 2/2006