نیروی محرکه برای فضاپیمای بین سیاره ای/بین ستاره ای

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3268

سپاس: 5491

جنسیت:

تماس:

نیروی محرکه برای فضاپیمای بین سیاره ای/بین ستاره ای

پست توسط rohamavation »

من به یک ایده مفهومی از یک سیستم نیروی محرکه فضایی مغناطیسی رسیده ام. چیزی که من معتقدم در مورد این مفهوم سیستم رانش بسیار منحصر به فرد است این است که اصل کار آن نباید قانون بقای حرکت یا قانون بقای انرژی را نقض کند، بلکه باید در ارتباط با این دو قانون فیزیک عمل کند.
به منظور کمک به انتقال این ایده مفهومی پیشرانه، من نقشه ای از یک وسیله مکانیکی مفهومی ایجاد کرده ام که از نیروی مغناطیسی برای تولید نیروی محرکه استفاده می کند.
تصویر
در رابطه با این طرح ابتدا می خواهم به چند نکته اشاره کنم. این یک نمای جانبی یک تخته غیر فلزی را نشان می دهد که دو میله غیرفلزی به آن بسته شده است و در اطراف این میله ها دو اهرم غیرفلزی می چرخند که هر اهرم دارای آهنربای دائمی یا آهنربای الکتریکی است که به انتهای آن بسته شده است. . هر اهرم دارای یک بلبرینگ غیر فلزی مانند یک بلبرینگ تمام شیشه ای است. تخته، میله ها و اهرم ها از مواد غیرفلزی مانند PVC، فیبر کربن یا چوب ساخته می شوند.
دو آهنربا با حرف M و جهت حرکت آنها با فلش های روی نقشه مشخص شده است. مربع پر خاکستری که در سمت چپ P3 قرار دارد، یک بلوک مستطیلی از مواد غیر فلزی است که به تخته بسته شده است.
اصل کار این است که یک آهنربای دائمی در موقعیت P1 و دیگری در موقعیت P2 قرار می گیرد و سپس رها می شوند (یا اگر آهنرباهای الکتریکی هستند روشن می شوند). به دلیل جاذبه مغناطیسی، آنها شروع به حرکت کرده و به سمت موقعیت P3 شتاب خواهند گرفت. هنگامی که آنها به موقعیت P3 می رسند، دو آهنربا بر بلوک مستطیلی ضربه می زنند و باید متوقف شوند. موقعیت‌های انتهایی اهرم‌ها نسبت به موقعیت ابتدایی‌شان زاویه 90 درجه دارند.
بگویید که این دستگاه در فضای بین ستاره ای، دور از هر ستاره و سیاره ای قرار دارد و در ابتدا بی حرکت است. سپس دو آهنربا از موقعیت های P1 و P2 آزاد می شوند. همانطور که آنها به سمت P3 حرکت می کنند، دستگاه / فضاپیما باید در جهت مخالف شروع به حرکت کند و سپس هنگامی که آهنرباها به دلیل برخورد با بلوک در P3 به طور کامل متوقف می شوند، دستگاه باید بلافاصله یک نیروی کاهش سرعت را تجربه کند که باعث حرکت دستگاه می شود. به توقف کامل نتیجه نهایی باید این باشد که دستگاه فاصله معینی را از موقعیت اصلی خود به موقعیت جدیدی در فضا منتقل کرده باشد. من جهت این حرکت را با فلش A به موقعیت B در شکل نشان داده ام.اگر حرکت وجود داشته باشد، ممکن است پیشرانه مداوم از طریق وسایل مکانیکی امکان پذیر باشد. برای اینکه دستگاه (و در نتیجه فضاپیما) به طور مداوم فقط در یک جهت حرکت کند، می توان این کار را با چرخش 180 درجه ای تخته انجام داد. بدون چرخش 180 درجه ای تخته، حرکت مکانیکی دو آهنربای الکتریکی به موقعیت های P1 و P2 می تواند تخته/سفینه فضایی را در جهت مخالف حرکت دهد.برای مثال، پس از توقف دو اهرم در موقعیت P3، الکترومغناطیس‌ها خاموش می‌شوند، سپس تخته 180 درجه می‌چرخد، سپس اهرم‌ها به صورت مکانیکی به موقعیت‌های P1 و P2 برمی‌گردند، سپس تخته می‌رود. 180 درجه چرخید و سپس الکترومغناطیس‌ها روشن می‌شوند و باعث می‌شوند دو اهرم به سمت موقعیت P3 حرکت کنند. این یک روند مستمر خواهد بود. من فکر می کنم تنها راه برای تامین برق کافی برای کار این سیستم از طریق یک راکتور هسته ای روی برد خواهد بود.
من این ایده مفهومی را به یک استاد فیزیک دردانشگاه خودم و از او نظر حرفه ای او را در مورد اینکه آیا حرکت آهنرباهای الکتریکی می تواند نیروی محرکه ای ایجاد کند یا خیر، پرسیدم. این جواب او بود:
«پاسخ این است که جنبش دقیقاً همانطور که شما می‌گویید رخ می‌دهد. سیستم با حرکت صفر شروع می شود. سپس همانطور که آهنرباها به سمت چپ می چرخند، پایه باید به سمت راست حرکت کند تا تکانه کل صفر بماند. هنگامی که دو آهنربا به بک استاپ در P3 برخورد می کنند، حرکت را متوقف می کنند، و پایه از حرکت می ایستد، و دوباره تکانه کل صفر می شود. به عبارت دیگر، مرکز پایه به سمت راست حرکت کرده است، اما مرکز جرم پایه به اضافه آهنرباها اصلا حرکت نکرده است.
بقا در انرژی فقط کمی پیچیده تر است. سیستم با انرژی مغناطیسی زیادی شروع می شود. با نوسان آهنربا انرژی مغناطیسی کوچکتر می شود اما انرژی جنبشی آهنرباها به اضافه پایه به همان مقدار افزایش می یابد. وقتی آهن‌رباها به پشتی در P3 برخورد می‌کنند، انرژی مغناطیسی به حداقل می‌رسد، انرژی جنبشی صفر می‌شود (دیگر هیچ چیز حرکت نمی‌کند)، و به دلیل برخورد بین آهن‌رباها و بک استاپ، انرژی حرارتی وجود دارد.
پیشرانه فضاپیما موتور-طراحی فیزیک-طراحی-جایگزین
این نمونه دیگری از ماشین های حرکت دائمی است. اگرچه ممکن است باور داشته باشید که بدون نقض بقای تکانه حرکت خالص ایجاد می کند:
هر حرکت خالص تولید شده نقض بقای تکانه خواهد بود، بنابراین نمی تواند رخ دهد
شما به طور کامل مرکز خالص حرکت جرم را در طول چرخه ماشین خود محاسبه نکرده اید، یا اینکه چگونه تکانه بین اجزای سیستم در نقاط مختلف چرخه ماشین منتقل می شود، هرگز ایجاد یا تخریب نشده است.
ما می‌توانیم استفاده خاص از نیروی مغناطیسی را نادیده بگیریم، زیرا مربوط به آن نیست. هر روشی برای جابجایی توده ها به اطراف با همان مسئله اساسی روبرو خواهد شد.
فرض کنید در یک سر اسلاید جرمی داشتیم. جرم را با هر وسیله ای که انتخاب می کنیم (مثلاً کابل) جابجا می کنیم. همانطور که آن را به سمت مخالف لغزش حرکت می دهیم، حفظ تکانه می گوید که وسیله نقلیه ما باید در جهت مخالف حرکت کند تا مرکز جرم را حفظ کند. اکنون اسلاید را 180 درجه می چرخانیم تا جرم نسبت به وسیله نقلیه ما به جایی که شروع شده برگردد. خوب، حفظ تکانه می گوید که وسیله نقلیه ما باید به جایی که شروع شده است برگردد. فرقی نمی کند که جرم واکنش منتقل شود یا بچرخد، تکانه باید حفظ شود.
ایده بعدی آیا یک ماشین سنگ زنی یک سیستم پیشرانه ساده و قابل اجرا برای یک فضاپیمای بین سیاره ای خواهد بود؟من نمی دانم که آیا هیچ آژانس فضایی تا به حال به استفاده از ماشین سنگ زنی به عنوان یک سیستم رانش برای یک فضاپیمای بین سیاره ای فکر کرده است؟ این سیستم برای بلند کردن فضاپیما از سطح سیاره استفاده نمی شود، بلکه صرفاً به عنوان یک سیستم رانش بین سیاره ای/بین ستاره ای استفاده می شود.
اصل کار ساده است . این ماشین سنگ زنی در قسمت انتهایی فضاپیما قرار خواهد گرفت. براده های فلزی که از چرخ سنگ زنی این ماشین سنگ زنی خارج می شوند، نیروی محرکه ای را برای فضاپیما از طریق قانون سوم حرکت نیوتن ایجاد می کنند. مقدار نیروی محرکه تولید شده در هر زمان با افزایش/کاهش سرعت چرخش چرخ سنگ زنی به دست می آید.
منبع الکتریکی برای موتور الکتریکی ماشین سنگ زنی می تواند یک نیروگاه هسته ای کوچک در سفینه فضایی باشد. منبع "سوخت" می تواند میله های فولادی بلند یا سنگ های بزرگ باشد. منبع سنگ را می توان با استخراج یک میدان سیارکی یا یک ماه کوچک به دست آورد. در نهایت، من فکر می کنم که چرخ های الماس تراش به دلیل دوام و طول عمرشان، احتمالاً ایده آل ترین برای استفاده خواهند بود.
آیا یک ماشین سنگ زنی یک سیستم پیشرانه ساده و قابل اجرا برای یک فضاپیمای بین سیاره ای خواهد بود؟
از نظر مفهومی با مکانیزمی شبیه به پرتاب کننده توپ تنیس انجام می شود. دو چرخ ضد انتشار با تغذیه ذرات وارد شده در شکاف کوچک بین سطوح دو چرخ. برای اصطکاک خوب، ذرات باید یکنواخت باشند، به این معنی که همه اندازه‌ای نسبتاً یکنواخت داشته باشند و کمی کوچکتر از شکاف باشند. ذرات یا چرخ ها باید به اندازه کافی قابل تراکم الاستیک باشند تا چسبندگی خوبی برای شتاب گیری وجود داشته باشد، و در عین حال سطوح نباید به راحتی در طول فرآیند آسیب ببینند.کاملا با شما موافقم این هرگز ISP بهتر از رانشگرهای یونی نخواهد داشت. تنها مزیت آن سوخت‌گیری آشکار آن است، اگرچه من هنوز آن را برای پیشرانه‌های یونی رد نمی‌کنم.
آیا یک فضاپیما می تواند با انحراف 180 درجه دو پرتو ذره باردار رانده شود؟من نمی دانم که آیا انحراف الکترواستاتیکی دو پرتو ذره باردار می تواند نیروی رانش کافی را از طریق نیروی لورنتس برای به حرکت درآوردن یک فضاپیما ایجاد کند.
این طرح مفهومی پیشرانه از صفحات انحرافی، مشابه صفحات مورد استفاده در CRT، برای ایجاد میدان الکتریکی استفاده می‌کند. یک پرتو ذرات باردار مثبت که وارد این میدان می‌شود، طبق طراحی، 180 درجه منحرف می‌شود، و در همان زمان، پرتو ذرات با بار منفی که وارد این میدان می‌شود، طبق طراحی، 180 درجه منحرف می‌شود. این مجموعه سخت افزاری در قسمت انتهایی فضاپیما نصب می شود تا دو پرتو ذرات باردار در جهت مخالف فضاپیما حرکت کنند.
پرتو ذرات باردار مثبت را می توان توسط تفنگ پروتون و پرتو ذرات بار منفی را می توان توسط تفنگ الکترونی ایجاد کرد. اگر هر دوی این تفنگ‌های ذرات باردار دستگاه‌های ولتاژ بالا باشند، و میدان الکتریکی صفحات انحراف نیز ولتاژ بالا باشد، من معتقدم که نیروی لورنتس حاصل می‌تواند قادر به به حرکت درآوردن فضاپیما باشد.
همچنین، من معتقدم که ذرات باردار که در باد خورشیدی خورشید جریان دارند، پس از ورود به این میدان الکتریکی نیز منحرف می‌شوند و نیروی رانش بیشتری را به نیرویی که توسط تفنگ‌های ذرات باردار ایجاد می‌شود، ایجاد می‌کنند.
آیا یک فضاپیما می تواند با انحراف 180 درجه دو پرتو ذره باردار رانده شود؟نمودار در این سوال مسیر ذرات سفتی مغناطیسی با قدر مساوی (اما علامت مخالف) را در یک میدان مغناطیسی که به بیرون از صفحه اشاره می کند نشان می دهد. مدارهای ذرات باردار در میدان های مغناطیسی دایره ای هستند.
. اگر در جهت گرادیان وارد میدان می شدند، منحرف نمی شدند. هنگامی که در حجم پتانسیل الکترواستاتیک بالاتر اما ثابت قرار می گیرند، همچنان در خطوط مستقیم به حرکت خود ادامه می دهند.
با این حال، اگر آنها با یک زاویه وارد ناحیه ای با پتانسیل الکترواستاتیک بالاتر شوند، در جهت مخالف منحرف می شوند.
در هر صورت: (الکتریکی یا مغناطیسی یا حتی هر دو) میدان‌ها می‌توانند به انتقال تکانه از ذرات فرودی کمک کنند.
آیا یک CubeSat می تواند توسط این پیشرانه الکترومغناطیسی با فناوری پایین پیش برود؟من یک ایده مفهومی برای یک پیشرانه الکترومغناطیسی با تکنولوژی پایین برای CubeSat ارائه کرده‌ام و می‌خواهم بدانم که آیا (بر اساس نظری) نیروی خالصی به اندازه کافی قوی برای نگه داشتن یک CubeSat در مدار و/یا ایجاد می‌کند. آن را در فضای بین سیاره ای به حرکت درآورد.
تصویر
این یک تخته غیر فلزی را نشان می دهد که دو پایه غیر فلزی روی آن بسته شده است. به هر ستون یک اهرم غیر فلزی با یک آهنربای الکتریکی متصل به هر انتهای اهرم متصل است. (سیم های هر الکترومغناطیسی در این نقشه نشان داده نشده است). من برای کمک به توضیح نحوه عملکرد سیستم، هر آهنربای الکتریکی را با یک عدد برچسب گذاری کرده ام. فلش های روی نقشه جهت چرخش هر اهرم را نشان می دهد.
اصل کار این است که همانطور که یک آهنربای الکتریکی روی هر اهرم از طریق میدان های مغناطیسی متقابلشان به سمت یکدیگر کشیده می شود، هر اهرم از ستونی که روی آن می چرخد دور می شود و این نیروی کششی که بر روی هر ستون اعمال می شود یک شبکه ایجاد می کند. نیرویی روی تخته که باید برد (و در نتیجه CubeSat) را در جهت نشان داده شده در نقاشی به حرکت درآورد.
روش کار به این صورت است که اهرم‌ها در اطراف پست‌های خود می‌چرخند، زمانی که آهنربای الکتریکی روی اهرم بالایی به نقطه B و آهنربای الکتریکی روی اهرم پایینی به نقطه C می‌رسد، برق به این آهن‌رباهای الکتریکی می‌رسد و باعث جذب یکدیگر می‌شود. هنگامی که هر دوی این آهنرباهای الکتریکی با هم به نقطه A می رسند، برق هر یک از آنها قطع می شود، بنابراین این دو به صورت مغناطیسی با هم قفل نخواهند شد و باعث توقف چرخش اهرم های آنها نمی شود. کلیدهای الکتریکی فعال شده با چرخش این عملکرد را انجام می دهند.بنابراین، هنگامی که الکترومغناطیس های #2 و #3 در حین حرکت بین نقاط B/C تا نقطه A روشن می شوند، آهنرباهای #1 و #4 خاموش خواهند شد. سپس هنگامی که آهنرباهای الکتریکی #1 و #4 در حین حرکت بین نقاط B/C تا نقطه A روشن می شوند، آهنرباهای #2 و #3 خاموش می شوند. الکتریسیته مغناطیس‌های الکتریکی از باتری‌هایی می‌آید که توسط پنل‌های خورشیدی شارژ می‌شوند.همچنین، من معتقدم که اهرم ها باید در اطراف یاتاقان های شافت با اصطکاک بالا بچرخند. اینها برای این سیستم ایده‌آل خواهند بود زیرا هرچه چرخش اهرم‌ها برای الکترومغناطیس‌ها سخت‌تر باشد، اهرم‌ها در نقاط B/C تا نقطه A تخته طولانی‌تر خواهند بود و بنابراین باید نیروی خالص بیشتری در طول هر دور کامل ایجاد کنند. از اهرم ها، با این حال نمی دانم که آیا این درست است یا نه. معاوضه با استفاده از یاتاقان های شفت با اصطکاک بالا این است که گرمای زیادی تولید می شود.
آیا این سیستم پیشرانه الکترومغناطیسی با فناوری پایین واقعاً کار می کند و آیا نیروی خالص ایجاد شده برای نگه داشتن کیوب ست در مدار و/یا حرکت آن در فضای بین سیاره ای کافی است؟از آنجایی که آهنرباهای دائمی و آهنرباهای الکترومغناطیسی فقط دوقطبی و گشتاورهای مغناطیسی بالاتر را فراهم می کنند، هیچ راهی برای به حرکت درآوردن خود در یک میدان مغناطیسی یکنواخت وجود ندارد. برای این کار به تک قطبی نیاز دارید.آنالوگ الکتریکی همان است. یک دوقطبی الکترواستاتیک را در یک میدان الکتریکی یکنواخت قرار دهید، و گشتاوری را احساس می کند، اما نیروی خالصی ندارد.
با این حال، اگر سیستم شما بسیار بزرگ است، مثلاً کیلومترها یا بیشتر، ممکن است بتوانید از شیب بسیار ضعیف در میدان زمین برای به دست آوردن مقدار بسیار کمی از نیروی محرکه رو به جلو یا عقب استفاده کنید، اگرچه من مطمئن نیستم.
تصویر

ارسال پست