Двигатель с усиленным магнитным полем

( Двигатель с усиленным колеблющимся магнитным полем MOA ; часто называемый в средствах массовой информации плазменным двигателем ) представляет собой универсальную электротермодинамическую систему, которая способна ускорять почти любую электрически заряженную газообразную среду ( плазменное применение) до чрезвычайно высоких скоростей, тем самым генерируя высокоэнергетическую плазму. струя в выхлопе, а также электропроводящие жидкости (гидродинамическое применение) в целом.

Для этого МОА использует так называемую альфвеновскую волну — физический принцип магнитогидродинамики , который был впервые описан в 1942 году лауреатом премии Нобелевской Ханнесом Альфвеном и который утверждает, что флуктуирующие магнитные поля могут индуцировать волны плотности в электропроводящих средах (например, плазма , соленая вода и т. д.). Эти волны плотности могут достигать очень высоких скоростей, и поскольку частицы внутри среды соединяются с ними, частицы также ускоряются до очень высоких скоростей, соответственно достигая очень высоких кинетических энергий.

Благодаря механизму нагрева, основанному на адиабатическом сжатии , МОА принципиально отличается от других электротермических двигателей , особенно от магнитоплазмодинамического или MPD двигателя, с которым его иногда сравнивают собирательным термином плазменный двигатель.

Области применения

Из-за высоких скоростей истечения и связанного с этим высокого удельного импульса и/или высокой энергии частиц возникают две основные области применения: космические полеты и нанесение покрытий из определенных материалов. В случае космического полета высокий удельный импульс приводит к соответствующему снижению расхода топлива (до 90%) по сравнению с МОА с современными ионными двигателями . В случае покрытия высокая кинетическая энергия частиц выхлопных газов приводит к большой глубине проникновения в целевой материал. Это позволяет, например, упрочнять сталь, алюминий и другие металлы, а также изменять свойства материалов стекла и пластика.

Дополнительным преимуществом концепции MOA является отсутствие коррозии , что обеспечивает длительный срок службы системы. Те же магнитные поля, которые генерируют альфвеновские волны, не позволяют частицам высокой энергии ударяться о стенку двигателя или любые другие структурные компоненты МОА, что практически исключает любые повреждения, вызванные частицами.

Настройка системы МОА

Применение плазмы

В принципе двигатель MOA состоит из пяти подсистем:

Плазменный генератор,
Центральная трубка,
Первичная катушка,
Вторичная катушка,
Блоки питания и управления.

Генератор плазмы создает непрерывный поток ионизированных частиц, которые дрейфуют внутри центральной трубы к магнитному выхлопному соплу. Этими частицами могут быть, например, молекулы азота или водорода , а также благородные газы, такие как аргон или ксенон , или любые другие газообразные вещества. Поскольку частицы ионизированы, они реагируют на два магнитных поля, которые генерируются первичной и вторичной катушками . Из этих двух первичная катушка постоянно включена, поскольку она также образует магнитное выхлопное сопло, а вторичная катушка циклически включается и выключается, чтобы деформировать силовые линии магнитного поля системы. В результате этой деформации генерируются волны Альфвена, которые на следующем этапе транспортируют, сжимают и ускоряют движущую среду до определенных заранее определенных параметров. Наконец, блоки питания и управления обеспечивают работу двигателя МОА в пределах ожидаемых параметров.

Поскольку эта концепция требует наличия плазменного генератора для производства ионизированных частиц, МОА в принципе можно описать как электрическую двигательную установку, аналогичную ионному двигателю. Однако из-за взаимодействия магнитных полей частицы также сжимаются и адиабатически нагреваются, тем самым превращая всю систему в электротермодинамическую систему . Сочетание электрических и термодинамических принципов также приводит к унификации соответствующих преимуществ. Таким образом, МОА отличается, с одной стороны, высокой эффективностью электрических двигательных систем, а с другой стороны, способностью ускорять большое количество частиц - как и тепловая система - тем самым достигая относительно высокой тяги при высоком удельном импульсе. Сочетание высокой энергии частиц/скорости истечения и относительно высокой тяги в этой форме является новым предложением. Высокая гибкость изменения тяги и удельного импульса в полете за счет адаптации массового расхода и энергопотребления на данный момент является уникальной особенностью этой новой концепции двигателя.

Гидродинамическое применение

В гидродинамическом применении МОА отличается прежде всего тем, что больше не требуется источник плазмы. Основополагающим для его функции является поддержка электропроводящей жидкости или электролита, доступного из резервуара или резервуара окружающей среды (соленая морская вода и т. д.).

История и текущий статус

Первоначально MOA был изобретен и определен Манфредом Хеттмером в 1982 году. Он также превратил систему из теоретической модели в практическое устройство после достижения базового уровня собственного финансирования благодаря своей предпринимательской деятельности в ИТ-отрасли. Первым логическим шагом в 1998 году он начал программировать компьютерное моделирование , а в 1999 году построил макет для определения компонентов и функций (сначала без источника плазмы). Наладив профессиональные контакты, Хеттмер также смог собрать небольшую команду. Первые испытания функционального макета были проведены в лаборатории LRT (Института астронавтики) Мюнхенского технического университета в Гархинге . Первая заявка на патент была подана в 2003 году.

По экспертному заключению Хорста Леба (обладателя медали Штулингера в 2005 году) в Университете Юстуса-Либиха в Гиссене , концепция MOA также была подтверждена на основе технической концепции и данных моделирования, созданных Хеттмером.

лабораторию Технического университета Граца Наконец, для дальнейших испытаний можно будет использовать . В Институте сетей связи и спутниковой связи продолжилась тестовая кампания, которая показала реализуемость концепции МОА. Полученные результаты были представлены на Международном астронавтическом конгрессе в Фукуоке , Япония, 21 октября 2005 года. Статья Хеттмера была опубликована в журнале в Германии в 2006 году. ^{[ 1 ]}

Специализированная компания под названием QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH ( регистр австрийской компании HG Wien FN 268333h), основанная Хеттмером в 2003 году, была создана для дальнейшего развития технологии MOA и тестирования потенциальных наземных применений, как для космических полетов, так и в области нанесения покрытий и другие области. Летом 2005 года прототип MOA достиг TRL 5 ( уровень технологической готовности ) после того, как компонент и/или макетная плата были проверены в соответствующей среде .

После закрытия QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH в начале 2009 года из-за внутренних сложностей с акционерами и инвесторами, компания Hettmer продолжила проект в основном за счет собственных средств в пределах имеющихся возможностей. Планируется реализация коммерческого приложения.

См. также

Движение космического корабля

Ссылки

^ " Бетон космонавтики " 2/2006

Внешние ссылки

[1] " Бетон космонавтики " 2/2006

[ 1 ]