Hvad er et magnetetohydrodynamisk drev?

Et magnetohydrodynamisk (MHD) drev er en motor uden bevægelige dele, der skaber tryk ved at accelerere en ladet væske med et elektromagnetisk felt. Dette er kendt som Lorentz-kraften, hvis størrelse i newton på en hvilken som helst specifik ladet partikel kan beregnes ved at tilføje densiteten af ​​det elektriske felt i volt pr. Meter til den øjeblikkelige hastighed af partiklen i m / s, multiplicere summen med densiteten af magnetfeltet i teslas og multiplicere dette produkt med den elektriske ladning af partiklen i kolonner.

Når intensiteten af ​​det elektromagnetiske felt øges, øges både trykket og den specifikke impuls fra et magnetohydrodynamisk drev. Lorentz-kraften kan udnyttes til fremdrift i rumfartøjer, der bruger ladet plasma som fluidmedium, og kaldes derfor magnetoplasmadynamiske (MPD) thrustere. Eksperimentelle prototyper er testet på både russiske og japanske satellitter.

Magnetohydrodynamik generelt er den videnskabelige disciplin, der studerer alle elektrisk ladede væsker. At forklare og forudsige opførsel af elektrisk ladede væsker kræver at Navier-Stokes-ligningerne for væskedynamik kombineres med Maxwells ligninger af elektromagnetisme. Dette betyder, at to sæt af differentialligninger skal løses samtidigt, hvilket betyder, at beregningerne er beregningsintensive og ofte kræver supercomputere.

I 1990'erne byggede Mitsubishi prototyper til søgående fartøjer, der brugte magnetohydrodynamiske drev, men disse nåede kun hastigheder på 15 km / t (9,3 km / h), på trods af forudsigelser på 200 km / t (124,3 km / h). På grund af manglen på bevægelige dele kan magnetohydrodynamiske motorer i princippet være pålidelige, økonomiske, effektive, lydløse og mekanisk elegante. Fordi deres brændstofskilde er elektricitet, og vi stadig mangler et billigt middel til at skabe brændselsceller med høj massetæthed, skal skibe, der bruger MHD-drevet, have en tung ombordgenerator, der brænder diesel. Hvis omkostningerne til brintbrændselsceller stiger drastisk i de kommende år, kan MHD-drevet muligvis være et levedygtigt alternativ til propellen.

I rumfartøjer kræver magnetoplasmadynamiske thrustere en vis mængde kraft - i megawatt - for at fungere optimalt. I dag leverer selv de stærkeste rumfartøjsgeneratorer kun et par hundrede kilowatt, hvilket betyder, at MPD-thrustere fortsat primært er en fremtidig teknologi. Imidlertid tillader driftsprincipperne for MPD-thrustere dem at have ekstremt høje specifikke impulser, mere end 20 gange den specifikke impuls fra kemiske raketter, givet tilstrækkelig kraft.