Mikä on Magnetohydrodynamic Drive?

MHD (magnetohydrodynamic) -moottori on moottori, jossa ei ole liikkuvia osia ja joka luo työntövoimaa kiihdyttämällä ladattua nestettä sähkömagneettisella kentällä. Tätä kutsutaan Lorentzin voimaksi, jonka suuruus millä tahansa newtonissa millä tahansa varautuneella hiukkasella voidaan laskea lisäämällä sähkökentän tiheys voltteina metriä kohti hiukkasen hetkelliseen nopeuteen m/s kerrottuna summa tiheydellä magneettikentästä teslasissa ja kertomalla tuote kolumneissa olevan hiukkasen sähkövarauksella.

Kun sähkömagneettisen kentän voimakkuus kasvaa, sekä magnetohydrodynamiikan voimansiirto että ominaisimpulssi lisääntyvät. Lorentzin voimaa voidaan hyödyntää käyttövoimana avaruusaluksissa, jotka käyttävät varautunutta plasmaa nestemäisenä väliaineena, ja siksi niitä kutsutaan magnetoplasma -dynaamisiksi (MPD) potkureiksi. Kokeellisia prototyyppejä on testattu sekä venäläisillä että japanilaisilla satelliiteilla.

Magnetohydrodynamiikka on yleensä tieteellinen tieteenala, joka tutkii sähköisesti varautuneita nesteitä. Sähköisesti varautuneiden nesteiden käyttäytymisen selittäminen ja ennustaminen edellyttää yhdistämistä nesteen dynamiikan Navier-Stokesin yhtälöihin Maxwellin sähkömagnetismin yhtälöiden kanssa. Tämä tarkoittaa, että kaksi differentiaaliyhtälöjoukkoa on ratkaistava samanaikaisesti, mikä tarkoittaa, että laskelmat ovat laskennallisesti intensiivisiä ja vaativat usein supertietokoneita.

1990 -luvulla Mitsubishi rakensi prototyyppejä merialuksille, jotka käyttivät magnetohydrodynamiikkaa, mutta ne saavuttivat vain 15 km/h (9.3 mph) nopeuden huolimatta 200 km/h (124.3 mph) ennusteista. Liikkuvien osien puutteen vuoksi magnetohydrodynamiikka voi periaatteessa olla luotettava, taloudellinen, tehokas, hiljainen ja mekaanisesti tyylikäs. Kuitenkin, koska niiden polttoaineen lähde on sähkö ja meiltä puuttuu edelleen halpa keino luoda suuritehoisia polttokennoja, MHD-asemaa käyttävissä aluksissa on oltava raskas dieselgeneraattori. Jos vetypolttokennojen kustannukset nousevat rajusti tulevina vuosina, MHD -asema voi osoittautua toteuttamiskelpoiseksi vaihtoehdoksi potkurille.

Avaruusaluksissa magnetoplasmadynaamiset potkurit vaativat kohtuullisen määrän tehoa – megawatteina – toimimaan optimaalisesti. Nykyään jopa vahvimmat avaruusalusten voimageneraattorit tuottavat vain muutama sata kilowattia, mikä tarkoittaa, että MPD -potkurit ovat ensisijaisesti tulevaisuuden tekniikka. MPD -potkureiden toimintaperiaatteet mahdollistavat kuitenkin erittäin korkeat ominaisimpulssit, jotka ovat yli 20 -kertaisia ​​kemiallisten rakettien ominaisimpulsseihin nähden riittävällä teholla.