Che cos'è un'unità magnetoidrodinamica?
Un azionamento magnetoidrodinamico (MHD) è un motore senza parti mobili che crea spinta accelerando un fluido carico con un campo elettromagnetico. Questo è noto come la forza di Lorentz, la cui magnitudine in newton su qualsiasi particella carica specifica può essere calcolata aggiungendo la densità del campo elettrico in volt per metro alla velocità istantanea della particella in m / s, moltiplicando la somma per la densità del campo magnetico in tesla, e moltiplicando quel prodotto per la carica elettrica della particella in pollici.
Quando l'intensità del campo elettromagnetico aumenta, aumentano anche sia la spinta che l'impulso specifico di un azionamento magnetoidrodinamico. La forza di Lorentz può essere sfruttata per la propulsione nei veicoli spaziali, che usano il plasma carico come mezzo fluido e sono quindi chiamati propulsori magnetoplasmadodinamici (MPD). I prototipi sperimentali sono stati testati su satelliti sia russi che giapponesi.
La magnetoidrodinamica in generale è la disciplina scientifica che studia tutti i liquidi caricati elettricamente. Per spiegare e prevedere il comportamento dei fluidi caricati elettricamente è necessario combinare le equazioni della dinamica dei fluidi di Navier-Stokes con le equazioni dell'elettromagnetismo di Maxwell. Ciò significa che due serie di equazioni differenziali devono essere risolte simultaneamente, il che significa che i calcoli sono intensivi dal punto di vista computazionale e spesso richiedono supercomputer.
Negli anni '90, Mitsubishi costruì prototipi per navi marittime che utilizzavano unità magnetoidrodinamiche, ma queste raggiunsero solo velocità di 15 km / h (9,3 mph), nonostante le previsioni di 200 km / h (124,3 mph). A causa della mancanza di parti mobili, i motori magnetoidrodinamici possono in linea di principio essere affidabili, economici, efficienti, silenziosi ed meccanicamente eleganti. Tuttavia, poiché la loro fonte di combustibile è l'elettricità e mancano ancora dei mezzi economici per creare celle a combustibile ad alta densità di potenza, le navi che utilizzano l'unità MHD devono disporre di un pesante generatore di bordo che brucia il diesel. Se il costo delle celle a combustibile a idrogeno aumenta drasticamente nei prossimi anni, l'azionamento MHD potrebbe rivelarsi una valida alternativa all'elica.
Nei veicoli spaziali, i propulsori magnetoplasmadinamici richiedono una discreta potenza - in megawatt - per funzionare in modo ottimale. Oggi, anche i più potenti generatori di energia per veicoli spaziali forniscono solo poche centinaia di chilowatt, il che significa che i propulsori MPD rimangono principalmente una tecnologia futura. Tuttavia, i principi di funzionamento dei propulsori MPD consentono loro di possedere impulsi specifici estremamente elevati, oltre 20 volte l'impulso specifico dei razzi chimici, data la potenza sufficiente.