آیا سیستم های محرکه صرفاً الکترومغناطیسی اصلا امکان پذیر است؟ تنها راه واقعاً کارآمد برای تبدیل جرم به انرژی در مقیاس مورد نیاز برای این نوع رانش، واکنش ماده-ضد ماده است. موشک های فوتون محرک پیشنهادی از مخازن بزرگ ضد ماده به عنوان سوخت خود استفاده می کنند. از آنجایی که در حال حاضر هیچ راه عملی برای تولید مقادیر زیادی پادماده وجود ندارد، موشک های فوتون به طور جدی مورد توجه آژانس های فضایی قرار نگرفته اند.
پیشرانه الکترودینامیکی متکی به یک اتصال الکترودینامیکی با بار طولانی است. خوب توسط فضاپیما شارژ می شود و با تعامل با میدان های مغناطیسی در فضا، می تواند نیروی محرکه ایجاد کند. هنوز هم هزینه انرژی دارد، اما هیچ جرم واکنشی و چیزی برای پرتاب کردن پشت فضاپیما وجود ندارد - فقط تعامل میدان های باردار. اکنون فضاپیماهایی وجود دارند که با استفاده از این اصل کار می کنند.
انریکو لورنزینی، استاد مهندسی مدیریت انرژی در دانشگاه پادووا در ایتالیا که در ماموریت TEPCE شرکت ندارد، می گوید: به عبارت دیگر، این کشتی بادبانی فضاست. اما به جای باد، فناوری اتصال الکترودینامیکی به لطف قوانین فیزیکی حاکم بر میدان های الکتریکی و مغناطیسی حرکت می کند. اتصال در یونوسفر زمین - یک لایه فوقانی جو پر از ذرات باردار مانند الکترونهای آزاد و یونهای مثبت - میتواند الکترونها را در یک انتها جمعآوری کند و از طرف دیگر آنها را ساطع کند و جریان الکتریکی را از طریق خود تولید کند. برهمکنشهای افسار برقدار با میدان مغناطیسی زمین، انگیزهای به نام نیروی لورنتس ایجاد میکند که در جهت عمود بر افسار فشار میآورد.
میدان های مغناطیسی زیادی در منظومه شمسی و به ویژه در مجاورت دینام مانند زمین وجود دارد. اما آیا میدان های مغناطیسی در اعماق فضا وجود دارد؟ وجود دارد، اما منشأ آنها تا حدودی مرموز است.
میدانهای مغناطیسی
ISM شامل تعداد مساوی ذرات با بار مثبت و منفی است، به طوری که جریان های الکتریکی در مقیاس بزرگ (که می توانند میدان های مغناطیسی در مقیاس بزرگ را القا کنند) نمی توانند حفظ شوند. امیدوار کننده ترین مکانیسم برای تقویت میدان دینامی است که انرژی مکانیکی را به انرژی مغناطیسی منتقل می کند ... با پیکربندی مناسب جریان گاز می توان یک میدان مغناطیسی قوی با پیکربندی ثابت یا نوسانی از یک میدان دانه ضعیف تولید کرد. مزارع بذر میتوانست در اوایل کیهان ایجاد شده باشد، به عنوان مثال. در انتقال فاز کیهانی، یا در شوک هاله های پیش کهکشانی (باتری بیرمن)، یا از طریق نوسانات در پلاسمای پیش کهکشانی.
شتاب دهنده الکترومغناطیسی (railgun): این عالی خواهد بود! هیچ الزامی برای شتاب های بالا وجود ندارد (یک تفنگ ریلی می تواند در شتاب های پایین تر عمل کند) و هیچ محدودیتی در سرعت بالا وجود ندارد. مقالات زیر را ببینید:
سیستم پرتاب کم هزینه و انبار سوخت مداری
پرتاب به فضا با تفنگ ریلی الکترومغناطیسی
برخی از تمایزات سریع، پرتاب زیر مداری و مداری وجود دارد. Suborbital می تواند به ارتفاعات بسیار بزرگی دست یابد که به خوبی در فضا قرار دارند، موشک های با صدا می توانند تا 400 مایل بروند و فضا از 60 مایل شروع می شود. تفاوت این است که شما سرعت مماسی کافی برای رسیدن به مدار داشته باشید. برای 1 کیلوگرم
در 200 کیلومتری زمین، انرژی برای بلند کردن آن به آن ارتفاع 0.5mgh=1 MJ است، اما سرعت مماسی مورد نیاز برای ماندن در مدار $m v^2 / r = G m M / r^2$ است که $KE = 0.5 m v^2 = 0.5 G m M / r = 30\text{ MJ}$ را به دست میدهد.
، بنابراین شما به انرژی جنبشی بسیار بیشتری به صورت مماسی نیاز دارید. برای انجام هر کار مفیدی باید مداری باشید، بنابراین نمیخواهید تفنگ خود را به سمت بالا نشانه بگیرید، بلکه میخواهید آن را در زاویه ملایمی از کوه یا چیزی بالا بروید.
هیچ کس به داشتن یک تفنگ ریلی بلند که مایل ها طول دارد فکر نکرده است،
برای عبور از فضای بین ستارهای با استفاده از نیروی محرکه الکترودینامیکی، باید خطوط نیروی مطلوب را شناسایی کرد و کشتی را با مسیر آنها هماهنگ کرد. این خود را به یک داستان تخیلی وامی دارد، شبیه کشتی در روزهای بادبان می شود. و برای هل دادن به انرژی میدانهای ضعیف، به بادبان یا بند بزرگتری نیاز است. من یک کلاف عظیم از سیمهای مسی را تصور میکنم که در اطراف فضاپیما میچرخد، با بار خود و پلاسمای یون مس کمنظیر خود به رنگ سبز روشن میدرخشد. و در صورت وقوع طوفان باید آماده باشید تا آن را از بین ببرید
با فرض اینکه بر چالش های ایجاد راکتورهای همجوشی پایدار تسلط داشته باشیم
س: از چه مواد/فناوری های فعلی یا نزدیک به آینده می توان برای خلاص شدن از شر این مقادیر عظیم گرما در سفینه فضایی من (به بهترین نحو) استفاده کرد. مبانی ترمودینامیکی اکتفا میکنم.قوانین اساسی ترمودینامیک می گوید:
انرژی کل در هر سیستم ایزوله ثابت است.
انرژی حرارتی محدود (Enthropy) در سیستم های ایزوله افزایش می یابد
انرژی حرارتی cna به عنوان حرکت ذرات دیده می شود و بنابراین می توان آن را به عنوان میانگین انرژی جنبشی ذرات در یک سیال (که یک محیط در حالت مایع یا گاز است) مشاهده کرد.
جریان دما همیشه از جهت شیب دما بین دو جسم پیروی می کند: ΔΔT=∇T
به همین دلیل، فقط از گرم به سرد جریان دارد و نیروی محرکه هر تبادل دما، اختلاف دما، ΔT است.
انرژی گرمایی با Q=mcΔT محاسبه می شود
Q انرژی، m جرم جسم، c ثابت مادی و ΔT است
یا دمایی است که ما دمای اجسام را افزایش دادهایم (پس Q انرژی است که به آن دادهایم)، یا اختلاف تا 0 مطلق (سپس Q انرژی گرمایی کل است).مشکل اصلی سرمایش فضا این است که فضا نزدیک به خلاء است. نزدیک به خلاء به این معنی است که مواد (متوسط) کمی برای انتقال حرارت وجود ندارد، حداقل بدون از دست دادن جرم سفینه
به طور متوسط، چگالی بین 0.1 اتم بر سانتی متر مکعب تا 1000 اتم در همان حجم وجود دارد، در حالی که دمای پس زمینه کیهانی حدود 3 کلوین است. این از یک طرف خوب است (شیب دما زیاد، جریان احتمالاً زیاد)، اما از طرف دیگر بد است (مواد کمی که بتواند گرما را از بین ببرد).
بله، فضا مثل جهنم سرد است، و شما می توانید یک جسم را فقط با بیرون راندن آن از قفل هوا منجمد کنید، اما خنک کردن سفینه خود با تبادل حرارتی اولیه از طریق Convection واقعاً سخت است. با این حال، راههایی وجود دارد که میتوانیم برویم، عمدتاً تشعشع.
راه حل 1: تابش / نور EM
اجسام را به اندازه کافی گرم می کند (معمولاً بالای 798 K = 525 درجه سانتیگراد = 977 درجه فارنهایت)، شروع به نشان دادن تابش و تابش حرارتی می کنند. به عبارت دیگر: می درخشند. در این حالت انرژی گرمایی را به صورت امواج EM (که نور است) علاوه بر همرفت قبل (گرم شدن ذرات هوای سخت و دادن مقداری انرژی حرارتی به آنها) از بین می برند.
از آنجایی که انتقال همرفت به دلیل عدم وجود رسانه دیگر بسیار مانع می شود، کشتی می تواند از موادی با ظرفیت حرارتی بسیار بالا نزدیک به موادی استفاده کند که اثر مهتابی بسیار خوبی دارند تا مقدار زیادی از گرما را به شکل تشعشعات EM حرارتی از بین ببرد. خارج از ایستگاه به عنوان یک مثال (غیر محاسبهشده)، میتوان از لولههای پر از فلز مایع (به خاطر چشمههای لیتیوم) در دمایی استفاده کرد که باعث میشود لولهها قرمز تا زرد بدرخشند. این تا حد زیادی کارآمدترین راه نیست، اما حداقل راهی برای خلاص شدن از گرما است.
راه حل 2: خروج جرم (گرم شده).
اما تشعشع تنها راه برای خارج کردن مقداری انرژی حرارتی از سیستم نیست. ما ایجاد کرده ایم که می توانیم گرما را به داخل ایستگاه با پمپ های حرارتی انتقال دهیم. در مواقع اضطراری، جریان گرما ممکن است به یک ماژول غیر ضروری هدایت شود تا آن را تا حد امکان گرم کند و سپس کل ماژول را از بین ببرد. این انرژی حرارتی ذخیره شده در آن مدول را از بقیه ایستگاه جدا می کند. اما این یک راه افراطی خواهد بود.
به جای حذف ماژول های کامل و بیش از حد گرم شده، بهتر می توان مقداری گاز با دمای پایین (مانند نیتروژن مایع یا هیدروژن) ارسال کرد، آن را با چرخه های پمپ حرارتی گرم کرد و سپس گاز را از دریچه ها به فضا خارج کرد. به دلیل این فرآیند (فرمول گاز، یادتان هست؟) تا حد زیادی صرف شده است، و با سرعت بالایی از پورت ها خارج می شود: گرمای باقیمانده در ایستگاه می تواند بخشی از سیستم کنترل واکنش/افزایش پایداری شود تا ایستگاه را در جایی نگه دارد. قرار است باشد. یا از آن به عنوان پیش مرحله برای موتورهای یک سفینه فضایی استفاده می شود و در حین آماده شدن، مقداری انرژی گرمایی را از طریق سیستم رانش کشتی خلاص می کندI hope I help you understand the question. Roham Hesami
رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا