آهنربا می تواند به ماهواره کمک کند در مدار بماند؟

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:

آهنربا می تواند به ماهواره کمک کند در مدار بماند؟

پست توسط rohamavation »

اگر آهنربای نعل اسبی به ماهواره ای که به دور زمین می چرخد وصل بشه آیا برهمکنش میدان مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی آهنربای نعل اسبی باعث میشه که آهنربا در جهت حرکت رانده بشه و به ماهواره شتاب بگیره اگر درسته، این آهنربا باید به ماهواره کمک کنه تا مدار خود را در طول عمر خود حفظ کنه
تصویر
آهنربای نعل اسبی نشان داده شده در طرحم (و ماهواره) در مداری از غرب به شرق به دور زمین در حال حرکته. این نیروی محرکه از طریق دافعه مغناطیسی دو میدان مغناطیسی ایجاد میشه
همچنیناین آهنربا نعل اسبی را می توان به انتهای یک میله پلاستیکی ده فوتی نصب کرد و انتهای دیگر میله را به ماهواره متصل کرد تا میدان مغناطیسی آهنربا با الکترونیک ماهواره تداخل نداشته باشه
من به این موضوع فکر کرده ام که آهنربا و ماهواره توسط میدان مغناطیسی زمین می چرخند به جای اینکه آهنربا نیرو/تکانه را در جهت غرب به شرق اضافه کنه.
من معتقدم راه حلی برای این مسئله این است که یک آهنربا در پشت ماهواره و دیگری در جلوی آن قرار دهیم که هر یک به انتهای یک میله پلاستیکی بلند متصل شود تا میدان مغناطیسی آن با الکترونیک ماهواره تداخل نداشته باشد.
من این مفهوم را در نقاشی جدید زیر نشان داده ام:
تصویر
آیا این راه حل مناسبی برای مسئله چرخش خواهد بود و آیا نیروی پیشرانی وجود خواهد داشت که به ماهواره شتاب بده این دو آهنربا می توانند آهنرباهای دائمی یا الکترومغناطیس باشند.
دافعه دوقطبی-دوقطبی
. اگر دو دوقطبی مغناطیسی موازی را نزدیک یکدیگر نگه دارم نیروی دافعه قوی وجود دارد. اگر رها کنی از هم می پرند.
برای اینکه تصور کنیم اگر این در مدار زمین باشد چه اتفاقی می‌افتد، بیایید آهنربای نعل اسبی را به یک آهنربای الکتریکی تبدیل کنیم. این همان شکلیه اما به جای اینکه از مواد آهنربای دائمی به اضافه آهن ساخته شده فقط آهن است و یک سیم پیچ خورشیدی را دور آن می پیچیم تا بتوانیم آن را یک بار در مدار دایره ای خود روشن کنیم.
وقتی این اتفاق بیفتد، نیروی شعاعی فضاپیما را به سمت بیرون هل می دهد. این سرعت را تغییر نمی دهد زیرا عمود بر آن است، بنابراین اکنون فضاپیما برای این مدار دایره ای بسیار سریع میره و تا آپوپسیس در ارتفاع شروع به افزایش می کند و سپس به حالت اولیه خود باز می گرده. من مدار دایره ای را به یک مدار کمی بیضوی با همان پری آپسیس تبدیل کرده ام
اگر میدان را به آرامی افزایش دهید، ارتفاع را کمی افزایشبدم
کمی شبیه اینکه که در یک مدار هلیومرکزی قرار بگیره و یک بادبان خورشیدی غول پیکر را مستقیماً به سمت خورشید بگیرید. یکسان نیست زیرا شدت خورشید به اندازه $1/r^2 $کاهش می یابه و دافعه بین دو دو قطبی به صورت$ 1/r^4 $می افته
.درگ مبارزه نمی کند
این دفع اثر دیگری در دراز مدت نداره. هنگامی که مدار را کمی بالابردم، تعادل جدیدی بین نیروهای جذاب و دافعه خواهید داشت.
این باعث نمی شود که نیروی پسا به آرامی حرکت زاویه ای فضاپیما را کاهش دهد، زیرا نیروی پسا در جهت حرکت عمل می کند در حالی که دافعه ما عمود بر آن است. فضاپیما همچنان ارتفاع خود را از دست می دهد و در نهایت در جو می سوزد. بسته به نوع آهنربای مورد استفاده، ممکن است آنقدر بزرگ باشد و بتواند گرما را جذب کند که تکه‌های آن از ورود مجدد جان سالم به در ببرند و روی خانه کسی بیفتند.بگذارید این را در چارچوب دیگری قرار دهم. ابتدا به یاد بیاورید که میدان های مغناطیسی انرژی مغناطیسی را نیز ذخیره می کنند:$E_{mag} = \int_V H. B\, dV$
اکنون، از مکانیک لاگرانژی، توجه داشته باشید که:
$L = U-V = E_{mag}+E_{grav}-\frac{mV^2}{2}-\frac{\omega^TI\omega}{2}$
و فعلاً برخی از اثرات اتلاف کننده و اصطلاحات زاویه ای را فراموش کنیم.
با یادآوری معادله اویلر لاگرانژ:
$\frac{\partial L}{\partial r}-\frac{d}{dt}\left( \frac{\partial L}{\partial \dot{r}} \right)=0$
و با درک این که اصطلاحات انرژی به مشتق زمانی مختصات تعمیم یافته بستگی ندارند، داریم:
$\frac{\partial E_{mag}}{\partial r}+\frac{\partial E_{grav}}{\partial r}=m\dot{V}$
خبری نیست گرادیان انرژی پتانسیل گرانشی فقط نیروی گرانشی است که همه در اینجا به خوبی درباره آن می‌دانند. اصطلاح جدیدی که به طور شهودی فکر میکنم می تواند کنترل مداری را فراهم کنه مشتق میدان مغناطیسی
$\frac{\partial E_{mag}}{\partial r}=\frac{\partial}{\partial r} \left[ \int_V H. B\, dV\right]$
حال، این عبارت نشان دهنده تغییر نرخ لحظه ای انرژی ذخیره شده مغناطیسی در واحد طول در موقعیت فضاپیما است. بنابراین، این تغییرات در نگرش فضاپیما را نادیده می گیرد (ما به خوبی اثرات گشتاورهای مغناطیسی بر روی ماهواره ها را می دانیم و هر مختصات مربوط به نگرش را قبلاً حذف کردیم). بنابراین، می توانیم فرض کنیم که میدان القایی مغناطیسی ایجاد شده توسط ماهواره (B
) مستقل از موقعیت فضاپیما است. بنابراین:
$\frac{\partial E_{mag}}{\partial r} = \int_V \left[\frac{\partial H}{\partial r} . B\, dV\right]$
و میدان مغناطیسی زمین در مدار آن H
در فضا ثابت نیست درست؟ خب، من می‌خواهم مرجع بهتری برای این مقدار پیدا کنم در یک ناهنجاری مغناطیسی حداکثر 0.16nT/km گرادیان عمودی دریافت می‌کنید. بنابراین، با تبدیل به واحدهای پایه SI، ما در مورد $1.6 \times 10^{-11}$ صحبت می کنیم T/m. با تقسیم بر نفوذپذیری مغناطیسی خلاء 0.042 A/m² به دست می آید. بنابراین برای به دست آوردن همان، میانگین رانش u را فشار دهیدتوسط GOCE (که من حدود 2mN را فرض می کنم)، ما به 2mN = 0.042 A/m² *B نیاز داریم که در نتیجه B ~ 47T بدست می آید. به نظر شما خیلی زیاد است؟
خب، اتفاقاً من حدس زدم، اما مرجعی نداشتم که بگویم این مقدار زیاد است یا نه. با این حال، جستجوی من در گوگل به من میگه که دارنده رکورد قوی ترین آهنربای جهان تا سال 2023"فقط" شار مغناطیسی 45.22 T را تولید می کند.
به یاد دارید وقتی مردم به شما می گویند که اشیاء فلزی را به دستگاه ام آر آی نزدیک نکنید؟ خوب طبق این مرجع "در صنعت MR، اکثر اسکنرها 1.5T یا 3.0T هستند، با این حال قدرت های متفاوتی زیر 1.5T و اخیراً تا 7.0T وجود دارد." آنها نیروی کافی برای شکستن مکانیکی اجزای یک فضاپیما تولید می کنند.
از یک طرف، مرجع من برای گرادیان مغناطیسی چندان خوب نیست، اما می توانید داده ها را برای ارتفاعات مداری دیگر جستجو کنید و خودتان محاسبات را دوباره انجام دهید. شاید برای مدار بالاتر به نیروی رانش کمتری نیاز باشد، اما میدان مغناطیسی پایه و تغییرات آن نیز کوچکتر است.
اما صبر کنید، چیزهای بیشتری وجود دارد(من یک دانشجوی خوب مهندسی هستم. به من اعتماد کن نمیدونم شاید ). میدان‌های مغناطیسی قوی به‌ویژه اگر در طول زمان تغییر کنند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد می‌کنند که ممکن است سیم‌های داخل فضاپیما را خراب کند. همچنین برای بحث گسترده به این سوال مراجعه کنید. من حتی شرط می‌بندم که میدانی به این شدت می‌تواند با شکستن ساختار ماهواره به طور مکانیکی به آن آسیب برساند اما متقاعد شم
بنابراین، به طور خلاصه: در مدار، و بیش از اندازه یک ماهواره، و بیش از تغییرات میدان های مغناطیسی زمین، نیروهای مغناطیسی (و نه تنها گشتاورها) همیشه وجود دارند اما آنها واقعاً کوچک هستند، تا حدی هر اثر قابل استفاده ای نیاز به مقدار دیوانه کننده ای از انرژی برای تولید یک میدان مغناطیسی قوی و نامعقول دارد که احتمالا ماهواره را از بین میبره
تصویر

ارسال پست