Колебательный двигатель с усилением магнитного поля - Magnetic field oscillating amplified thruster

В двигатель малой тяги с осцилляцией магнитного поля (MOA; часто называют плазменный двигатель средой) представляет собой универсальную электротермодинамическую систему, способную ускорять почти любую электрически заряженную газовую среду (плазма приложение) до чрезвычайно высоких скоростей, тем самым генерируя высокую энергию плазменная струя в выхлопе, а также в токопроводящих жидкостях (гидродинамическое применение) в целом.

Для этого MOA использует так называемый Альфвеновская волна, физический принцип внутри магнитогидродинамика это было впервые описано в 1942 г. Нобелевская премия победитель Ханнес Альфвен и в котором говорится, что колеблющиеся магнитные поля может вызывать волны плотности в электропроводных 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 на основе адиабатическое сжатие, MOA принципиально отличается от других электротермические двигатели, особенно от магнитоплазмодинамического двигателя или двигателя MPD, с которым его иногда сравнивают общим термином плазменный двигатель.

Области применения

Из-за высокой скорости выхлопа и связанной с этим высокой удельный импульс и / или высокая энергия частиц, возникают две основные области применения: космический полет и покрытие из определенных материалов. В случае космического полета высокий удельный импульс приводит к значительному снижению расхода топлива (до 90%) при сравнении MOA с текущим уровнем развития техники. ионные двигатели. В случае покрытия высокая кинетическая энергия выхлопных частиц приводит к большой глубине проникновения в целевой материал. Это позволяет, например, упрочнять сталь, алюминий и другие металлы, а также изменять свойства материалов стекла и пластмасс.

Дополнительным преимуществом концепции MOA является ее коррозия свободное поведение, ведущее к долгому сроку службы системы. Те же магнитные поля, которые генерируют альфвеновские волны, не позволяют частицам высокой энергии ударяться о стенку двигателя малой тяги или любые другие структурные компоненты MOA, что позволяет практически избежать любого повреждения, вызванного частицами.

Настройка системы MOA

Запуск двигателя MOA внутри вакуумной камеры

Плазменное приложение

В принципе, двигатель MOA состоит из пяти подсистем:

  • Плазменный генератор,
  • Центральная труба,
  • Первичная обмотка,
  • Вторичная обмотка,
  • Блоки питания и управления.

В плазменный генератор производит непрерывный поток ионизированный частицы, которые дрейфуют внутри центральная труба в сторону магнитного выхлопного сопла. Эти частицы могут быть, например, азот - или же водород молекулы, а также благородные газы, такие как аргон или же ксенон или любой другой газообразный материал. Поскольку частицы ионизированы, они реагируют на два магнитных поля, которые генерируются первичная и вторичная обмотки. Из этих двух первичная катушка постоянно включена, поскольку она также образует магнитное выпускное сопло, в то время как вторичная катушка циклически включается и выключается для деформации силовых линий магнитного поля системы. Благодаря этой деформации генерируются Альфвеновские волны, которые на следующем этапе транспортируют, сжимают и ускоряют движущую среду до определенных заранее определенных параметров. Наконец блоки питания и управления убедитесь, что подруливающее устройство MOA работает в пределах ожидаемых параметров.

Поскольку концепция требует, чтобы генератор плазмы производил ионизированные частицы, MOA в принципе можно описать как электрическую двигательную установку, подобную ионному двигателю. Однако из-за взаимодействия магнитных полей частицы также сжимаются и адиабатически нагреваются, тем самым превращая всю систему в электротермодинамическая система. Комбинация электрических и термодинамических принципов приводит также к объединению соответствующих преимуществ. Таким образом, MOA отличается, с одной стороны, высокой эффективностью электрических силовых установок, а с другой стороны, способностью ускорять большое количество частиц - точно так же, как тепловая система - таким образом, обеспечивая относительно высокую тягу при высоком удельном импульсе. 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 приложение

В гидродинамическом применении MOA отличается прежде всего тем, что больше не требуется источник плазмы. В основном для его функции является поддержка с электропроводной жидкостью или электролитом, доступным 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 развил систему из теоретической модели в практическое устройство после достижения базового уровня собственного финансирования за счет своего предпринимательства в ИТ-отрасли. В качестве первого логического шага в 1998 году он начал кодировать компьютерное моделирование и построил макет для определения компонентов и функций в 1999 г. (сначала без источника плазмы). Установив профессиональные контакты, Hettmer также смогла собрать небольшую команду. Первые испытания функционального макета были проведены в лаборатории ЛРТ (Институт космонавтики) г. Технический университет Мюнхена в Гархинг. Первая патентная заявка была подана в 2003 году.

По экспертному заключению Хорста Лёба (победитель конкурса Медаль Штюлингера в 2005 г.) на Юстус-Либих-Университет Gießen, концепция MOA была также подтверждена на основе технической концепции и данных моделирования, созданных Hettmer.

Наконец-то лаборатория в Технический университет Граца может быть использован для дальнейшего тестирования. В Институте сетей связи и спутниковой связи продолжалась тестовая кампания, которая показала реализуемость концепции MOA. Полученные результаты были представлены на Международный астронавтический конгресс в Фукуока, Япония, 21 октября 2005 г. Статья, написанная Хеттмером, была опубликована в журнале в Германии в 2006 году.[1]

Специальная компания под названием QASAR Technologieentwicklung Ges.m.b.H. (Австрийский Реестр компаний HG Wien FN 268333h), основанная Хеттмером в 2003 году, была создана для дальнейшего развития технологии MOA и тестирования потенциальных наземных приложений, как для космических полетов, в области покрытия и других областях. Летом 2005 г. прототип MOA достиг TRL 5 (уровень технологической готовности ) после компонент и / или макет был проверен в соответствующей среде.

После QASAR Technologieentwicklung Ges.m.b.H. был закрыт в начале 2009 года из-за внутренних трудностей с акционерами и инвесторами, Hettmer продолжила проект в основном за счет собственных средств в рамках имеющихся возможностей. Планируется реализация коммерческого приложения.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Raumfahrt Concret " 2/2006

внешняя ссылка