Catapulta electromagnética
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 17 de noviembre de 2021; las comprobaciones requieren 3 ediciones .Una catapulta electromagnética o acelerador de masas es una instalación para acelerar objetos mediante fuerzas electromagnéticas . Para aviones, es una alternativa a un motor a reacción .
El principio de funcionamiento de una catapulta electromagnética se basa en la aceleración de un objeto que se mueve a lo largo de una guía mediante un campo magnético. La velocidad del objeto al salir de la guía depende de la potencia de los imanes y de la longitud de la guía. Cuando se utiliza una catapulta electromagnética para vencer la gravedad de los planetas (por ejemplo, para lanzar satélites artificiales de la Tierra y la Luna ), la longitud de la guía puede alcanzar varios cientos de kilómetros .
La velocidad final de un objeto se puede calcular usando la fórmula:
Donde L es la longitud de las guías, a es la aceleración provocada por el campo magnético.
Por ejemplo, para una aceleración de 4g y una longitud de 100 km , obtenemos una velocidad de 2828 m/s.
Teóricamente, estos aceleradores se pueden utilizar para dispersar la carga. En el futuro previsible, solo se puede pensar en instalar catapultas electromagnéticas en satélites planetarios o en planetas con una atmósfera enrarecida (por ejemplo, Marte ).
Historia
La teoría original del acelerador de masas apareció en 1897 en la ciencia ficción The Trip to Venus de John Munro. El libro se refiere al acelerador de masas como una catapulta electromagnética, que se describe como un gran número de bobinas utilizadas para cambiar la magnetización en el momento adecuado para obtener la aceleración del proyectil. La aceleración se puede controlar hasta el punto en que se puede disparar el proyectil.
El primer prototipo de catapulta electrónica apareció en 1976 como prototipo: el Mass Driver 1 construido principalmente en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . Además, el Instituto de Investigación Espacial de EE. UU. creó una gran cantidad de prototipos para probar sus propiedades y practicidad. Tal sistema podría usarse para la propulsión de naves espaciales .
Acelerador de masa fija
Debido a la gravedad de la Tierra, existen muchas dificultades para crear un acelerador de calidad. Por ejemplo, en una atmósfera densa, debido a la resistencia del aire, un objeto disparado por una catapulta se ralentizará. Al mismo tiempo, un objeto demasiado rápido generará un calor insoportablemente alto debido a la fricción del aire, por lo que es difícil alcanzar la primera velocidad de escape (7,9 km/s). Por estos motivos, está previsto colocar aceleradores de masa fija en la Luna y en pequeños planetas sin atmósfera.
Estos proyectores de masas, que se instalan en la Luna o en asteroides, son básicamente parte de la construcción espacial. Por ejemplo, un plan para construir un satélite de colonia espacial en el punto de Lagrange incluye un plan para lanzar un recurso desde la luna para configurar un proyector de masas para lanzar la luna.
Acelerador de masas en naves espaciales
La nave espacial puede llevar una catapulta como motor principal. Con una fuente adecuada de energía eléctrica (como un reactor nuclear ), la nave espacial podría usar el propulsor para disparar trozos de materia de casi cualquier tipo, empujando así en la dirección opuesta. En la escala más pequeña de la masa involucrada en la reacción, este tipo de propulsión se denomina propulsión iónica .
No existe un límite teórico absoluto para el tamaño, la aceleración o la energía de salida de los motores lineales. Sin embargo, los límites prácticos de ingeniería son aceptables, como la relación potencia/peso, la disipación de calor residual y el consumo de energía que es más conveniente de suministrar y manejar. La velocidad de escape no debe ser ni demasiado baja ni demasiado alta [1] .
Según el objetivo, existen límites para la velocidad de escape óptima y el impulso específico para cualquier motor que dependa de fuentes de energía montadas en naves espaciales. La carga y el impulso de los gases de escape por unidad de masa expulsada varía linealmente con la velocidad ( impulso = mv), mientras que la energía cinética y la cantidad de energía entrante son proporcionales al cuadrado de la velocidad ( energía cinética = 1 ⁄ 2 mv 2 ). Una velocidad de escape demasiado baja puede conducir a un aumento excesivo de la masa de propulsor requerida por la ecuación del cohete con una proporción demasiado alta de la energía entregada al propulsor por propulsor que aún no se ha utilizado. Una mayor velocidad de escape tiene tanto la ventaja como la desventaja de mejorar la eficiencia del combustible (más impulso por unidad de masa de propulsor expulsado), pero disminuye el empuje y la tasa de aceleración actual de la nave espacial si la entrada de potencia disponible es constante (menos impulso por unidad de energía entregada al cohete). lanzador).combustible) [1] . +
Dado que la catapulta electromagnética puede proyectar casi cualquier masa de material, es una opción ideal para naves espaciales de larga distancia con un suministro de energía estable. Con el acelerador de masas, puedes utilizar cualquier masa obtenida en el universo como combustible.
Dado que la producción de energía eléctrica es mucho más estable y estable, en esta etapa, se diseña utilizando vehículos espaciales nucleares.
La desventaja de esta nave espacial es que el material que proyecta viajará a una velocidad muy peligrosa, lo que dificulta el uso de este tipo de propulsión en un canal fijo. La teoría relevante actualmente se basa principalmente en la capacidad de emitir solo polvo. Pero como la energía cinética sigue ahí, el efecto sobre la órbita sigue ahí. Una teoría más activa es lanzar la masa a más de un tercio de la velocidad de escape para que pueda separarse del círculo gravitacional del sistema solar .
Acelerador de masa híbrido
Alternativamente, un acelerador de masa fijo proyecta masa motriz sobre la nave espacial y un proyector de masa en la nave espacial lanza la masa. En este caso, la nave espacial no necesita encontrar la calidad de la proyección en sí. El sistema también es capaz de entregar simultáneamente otros materiales útiles a la nave espacial, como combustible o fuentes nucleares como fuente de electricidad.
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 Física de sistemas de cohetes con energía separada y propulsor .
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