Elektromagnetický katapult

Elektromagnetický katapult neboli urychlovač hmoty  je zařízení pro urychlování předmětů pomocí elektromagnetických sil . Pro letadla je to alternativa k proudovému motoru .

Princip činnosti elektromagnetického katapultu je založen na zrychlení předmětu pohybujícího se po vedení pomocí magnetického pole. Rychlost předmětu při opuštění vodítka závisí na síle magnetů a délce vodítka. Při použití elektromagnetického katapultu k překonání gravitace planet (například k vypouštění umělých družic Země a Měsíce ) může délka průvodce dosáhnout mnoha stovek kilometrů .

Konečnou rychlost objektu lze vypočítat pomocí vzorce:

Kde L je délka vodítek, a je zrychlení způsobené magnetickým polem.

Například pro zrychlení 4g a délku 100 km dostaneme rychlost 2828 m/s.

Teoreticky lze takové urychlovače použít k rozptýlení nákladu. V dohledné době lze pouze uvažovat o instalaci elektromagnetických katapultů na planetární satelity nebo na planety se vzácnou atmosférou (například Mars ).

Historie

Původní teorie hmotnostního urychlovače se objevila v roce 1897 ve sci-fi The Trip to Venus od Johna Munra. Kniha označuje urychlovač hmoty jako elektromagnetický katapult, který je popsán jako velké množství cívek používaných ke změně magnetizace ve správný čas, aby se dosáhlo zrychlení střely. Zrychlení lze ovládat až do bodu, kdy lze vystřelit projektil.

První prototyp elektronického katapultu se objevil v roce 1976 jako prototyp: Mass Driver 1 postavený především na Massachusetts Institute of Technology . Také velké množství prototypů bylo vytvořeno americkým Institutem pro kosmický výzkum, aby prokázaly jejich vlastnosti a praktičnost. Takový systém by mohl být použit pro pohon kosmických lodí .

Pevný urychlovač hmoty

Vzhledem k gravitaci Země existuje mnoho potíží při vytváření kvalitního urychlovače. Například v husté atmosféře se kvůli odporu vzduchu zpomalí objekt vystřelený katapultem. Příliš rychlý objekt bude zároveň generovat neúnosně vysoké teplo vlivem tření vzduchu, takže je obtížné dosáhnout první únikové rychlosti (7,9 km/s). Z těchto důvodů se plánuje umístit na Měsíc a malé planety bez atmosféry urychlovače s pevnou hmotností.

Tyto masové projektory, které jsou instalovány na Měsíci nebo asteroidech, jsou v podstatě součástí vesmírné výstavby. Například plán na vybudování družice vesmírné kolonie v bodě Lagrange zahrnuje plán na vypuštění zdroje z Měsíce k nastavení hromadného projektoru k vypuštění Měsíce.

Hmotnostní urychlovač na kosmické lodi

Kosmická loď může nést katapult jako svůj hlavní motor. S vhodným zdrojem elektrické energie (jako je jaderný reaktor ) by pak kosmická loď mohla použít booster k odpálení kousků hmoty téměř jakéhokoli druhu, čímž by se tlačila opačným směrem. V nejmenším měřítku hmoty zapojené do reakce se tento typ pohonu nazývá iontový pohon .

Neexistuje žádné absolutní teoretické omezení velikosti, zrychlení nebo úsťové energie lineárních motorů. Přijatelné jsou však praktické technické limity, jako je poměr výkonu k hmotnosti, rozptyl odpadního tepla a spotřeba energie, která je vhodnější dodávat a zpracovávat. Rychlost výfuku nesmí být ani příliš nízká, ani příliš vysoká [1] .

V závislosti na cíli existují limity pro optimální rychlost výfuku a specifický impuls pro jakýkoli motor závislý na zdrojích energie namontovaných na kosmické lodi. Hlava a hybnost výfukových plynů na jednotku vyvržené hmoty se mění lineárně s rychlostí ( hybnost = mv), zatímco kinetická energie a množství přicházející energie jsou úměrné druhé mocnině rychlosti ( kinetická energie = 1 ⁄ 2 mv 2 ). Příliš nízká rychlost výfuku může vést k nadměrnému nárůstu hmotnosti pohonné látky požadované raketovou rovnicí s příliš vysokým podílem energie dodávané do posilovače pohonnou látkou, která ještě nebyla použita. Vyšší rychlost výfukových plynů má výhodu i nevýhodu ve zlepšení palivové účinnosti (větší hybnost na jednotku hmotnosti vyvrženého paliva), ale snížení tahu a aktuální rychlosti zrychlení kosmické lodi, pokud je dostupný příkon konstantní (menší hybnost na jednotku energie dodané do rakety odpalovací zařízení).palivo) [1] . +

Vzhledem k tomu, že elektromagnetický katapult může promítat téměř jakékoli množství materiálu, je ideální volbou pro kosmické lodě na dlouhé vzdálenosti se stabilním napájením. S urychlovačem hmoty můžete jako palivo použít jakoukoli hmotu získanou ve vesmíru.

Vzhledem k tomu, že elektrický výkon je mnohem stabilnější a stabilnější, je v této fázi navržen pomocí jaderných kosmických vozidel.

Nevýhodou této kosmické lodi je, že materiál, který promítá, se bude pohybovat velmi nebezpečnou rychlostí, což ztěžuje použití tohoto typu pohonu na pevném kanálu. Příslušná teorie je v současnosti založena především na schopnosti emitovat pouze prášek. Ale protože kinetická energie stále existuje, účinek na oběžnou dráhu stále existuje. Aktivnější teorií je vypuštění hmoty při více než třetinové únikové rychlosti , aby mohla být oddělena od gravitačního kruhu sluneční soustavy .

Hybrid Mass Accelerator

Alternativně pevný urychlovač hmoty promítá hybnou hmotu na kosmickou loď a hmotnostní projektor na kosmické lodi hmotu vypustí. V tomto případě kosmická loď nepotřebuje zjišťovat kvalitu projekce sama. Systém je také schopen současně dopravit další užitečné materiály do kosmické lodi, jako je palivo nebo jaderné zdroje jako zdroj elektřiny.

Viz také

• SpinLaunch
• railgun

Poznámky

1. ↑ 1 2 Fyzika raketových systémů s oddělenou energií a pohonnou látkou  .

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)