Cómo Funcionará La Propulsión Electromagnética

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Eche un vistazo (incluso antes de que los científicos de la nasa) a un nuevo tipo de nave espacial que podría ser sacudida a través del espacio por los electroimanes.

Durante décadas, los únicos medios de los viajes espaciales han sido los motores de cohetes que funcionan con propulsión química. Ahora, a principios del siglo XXI, los ingenieros aeroespaciales están ideando formas innovadoras para llevarnos a las estrellas, incluida la propulsión ligera, la propulsión de fusión nuclear y la propulsión de antimateria. También se está proponiendo un nuevo tipo de nave espacial que carece de propelente. Este tipo de nave espacial, que sería sacudida a través del espacio por electroimanes, podría llevarnos más lejos que cualquiera de estos otros métodos.

Cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas, los electroimanes muestran un comportamiento inusual: durante los primeros nanosegundos después de que se les aplica electricidad, vibran. David Goodwin, un gerente de programas de la Oficina de Física Nuclear y Alta Energía del Departamento de Energía de EE. UU., propone que si esta vibración se puede contener en una dirección, podría proporcionar una sacudida suficiente para enviar una nave espacial más lejos y más rápido al espacio que cualquier otro método de propulsión en desarrollo.

Goodwin fue invitado a presentar su idea en una Conferencia de Propulsión Conjunta el 8 de julio de 2001, en Salt Lake City, Utah. En esta edición de Cómo funcionarán las cosas, podrá ver cómo funciona el sistema de propulsión electromagnética de Goodwin y cómo podría enviar una nave espacial al espacio.

Saltando hacia el espacio

El corazón del sistema es el electroimán de tipo solenoide superenfriado y la placa metálica que causa una asimetría en el campo magnético.

El corazón del sistema es el electroimán de tipo solenoide superenfriado y la placa metálica que causa una asimetría en el campo magnético.

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) generalmente no se dedica al desarrollo de sistemas de propulsión para la NASA, pero está trabajando continuamente en mejores imanes superconductores y muy rápido, de alta potencia interruptores de estado sólido. A mediados de la década de 1990, Goodwin presidió una sesión para el Proyecto de Física de Propulsión de Avance de la NASA, que está trabajando para diseñar sistemas de propulsión que no tienen propelente, usan un sistema de energía muy alta y eventualmente pueden superar la inercia.

"Parecía que debería haber alguna forma de usar esta tecnología que [los científicos del DOE] estaban desarrollando para ayudar a la NASA a cumplir sus objetivos, y básicamente surgió de eso", dijo Goodwin. Lo que surgió de la investigación del DOE fue la idea de Goodwin de un sistema de propulsión espacial que utiliza imanes superconductores súper enfriados que vibran 400,000 veces por segundo. Si este rápido pulso puede dirigirse en una dirección, podría crear un sistema de propulsión espacial muy eficiente con la capacidad de alcanzar velocidades del orden de una fracción del 1 por ciento de la velocidad de la luz.

Durante los primeros 100 nanosegundos (mil millonésimas de segundo) de un electroimán en aumento, el electroimán está en una estado no estacionario Eso le permite pulsar muy rápidamente. Después de que aumenta, el campo magnético alcanza un estado estable y no se produce pulsación. Goodwin describe el electroimán que está usando como solenoide, que es básicamente un cable magnético superconductor envuelto alrededor de un cilindro de metal. Toda la estructura tendrá un diámetro de 1 pie (30.5 cm), una altura de 3 pies (91.4 cm) y un peso de 55.12 libras (25 kg). El cable utilizado para este sistema de propulsión es un aleación de niobio y estaño. Varios de estos hilos se envolverán en un cable. Este electroimán se enfría súper con helio líquido a 4 grados Kelvin (-452.47 F / -269.15 C).

Para que el imán vibre, debe causar una asimetría en el campo magnético. Goodwin planea introducir deliberadamente una placa metálica en el campo magnético para mejorar el movimiento de vibración. Esta placa estaría hecha de cobre, aluminio o hierro. Las placas de aluminio y cobre son mejores conductores y tienen un mayor efecto sobre el campo magnético. La placa se cargaría y aislaría del sistema para crear el asimetría. Luego, la placa se drenaría de electricidad en los pocos microsegundos (millonésimas de segundo) antes de permitir que el imán oscilara en la dirección opuesta.

"Ahora, el problema aquí es, ¿podemos usar esta condición de estado no estacionario de tal manera que solo se mueva en una dirección?" Dijo Goodwin. "Y ahí es donde es muy incierto que se pueda hacer. Es por eso que nos gustaría hacer un experimento para averiguarlo". Junto con la cooperación de Boeing, Goodwin está buscando financiamiento de la NASA para realizar tal experimento.

La clave del sistema es la interruptor de estado sólido eso mediaría la electricidad que se envía desde la fuente de alimentación al electroimán. Básicamente, este interruptor enciende y apaga el electroimán 400,000 veces por segundo. Un interruptor de estado sólido se parece a un chip de computadora de gran tamaño: imagina un microprocesador del tamaño de un disco de hockey. Su trabajo es tomar la potencia de estado estable y convertirla en un pulso muy rápido y de alta potencia de 400,000 veces por segundo a 30 amps y 9,000 voltios.

En la siguiente sección, aprenderá de dónde extrae el sistema su sistema y cómo puede enviar futuras naves espaciales más allá de nuestro sistema solar.

Más allá de nuestro sistema solar

El Departamento de Energía de los Estados Unidos también está trabajando en planes para un reactor espacial nuclear para la NASA. Goodwin cree que este reactor podría usarse para alimentar el sistema de propulsión electromagnética. El DOE está trabajando para asegurar el financiamiento de la NASA, y un reactor de 300 kilovatios podría estar listo para 2006.El sistema de propulsión estaría configurado para convertir la energía térmica generada por el reactor en energía eléctrica.

"Para el espacio profundo, Marte y más allá, necesitas ir nuclear si vas a mover cualquier masa", dijo Goodwin.

El reactor generará energía a través del proceso de fisión nuclear inducida, que genera energía al dividir los átomos (como los átomos de uranio-235). Cuando un solo átomo se divide, libera grandes cantidades de calor y radiación gamma. Una libra (0.45 kg) de uranio altamente enriquecido, como la que se usa para alimentar un submarino nuclear o un portaaviones nuclear, es igual a aproximadamente 1 millón de galones (3.8 millones de litros) de gasolina. Una libra de uranio es solo del tamaño de una pelota de béisbol, por lo que podría alimentar una nave espacial durante largos períodos de tiempo sin ocupar mucho espacio en ella. Este tipo de naves de propulsión electromagnética propulsadas por energía nuclear podrían atravesar distancias increíblemente grandes.

Este contenido no es compatible en este dispositivo.

La energía térmica de un reactor nuclear podría convertirse en electricidad para alimentar la nave. Aquí vemos un núcleo de uranio-235 que se divide a través de la fisión inducida.

"No pudiste llegar a la estrella más cercana, pero podrías mirar las misiones a la heliopausa", dijo Goodwin. "Si funcionó extremadamente bien, podría alcanzar velocidades de una fracción del 1 por ciento de la velocidad de la luz. Incluso así, llevaría cientos de años alcanzar la estrella más cercana, lo que aún no es práctico".

los heliopausa es el punto en el que el viento solar del sol se encuentra con el viento solar interestelar creado por las otras estrellas. Se encuentra a unos 200. unidades astronómicas (AU) del sol (se desconoce la ubicación exacta de la heliopausa). Una UA es igual a la distancia promedio del Sol a la Tierra, o aproximadamente 93 millones de millas (150 millones de km). Para comparación, Plutón está a 39.53 UA del sol.

Para mover a la gente, se tendría que construir un dispositivo mucho más grande, pero el electromagnético de 1 pie y 3 pies de altura podría empujar naves espaciales pequeñas, no tripuladas, como una sonda interestelar a distancias muy lejanas. El sistema es muy eficiente, según Goodwin, y pone mucha energía a través de un superconductor. La pregunta es si los científicos pueden convertir ese poder en propulsión sin destruir el imán. La rápida vibración probablemente llevaría al imán al borde de su fuerza.

Los escépticos de tal sistema dicen que todo lo que Goodwin logrará es vibrar el imán muy rápidamente, pero no irá a ninguna parte. Goodwin admite que aún no hay pruebas de que su sistema de propulsión funcione. "Es altamente especulativo, y en mis días más optimistas, creo que hay una posibilidad entre 10 de que podría funcionar", dijo Goodwin. Por supuesto, hace 100 años, la gente creía que teníamos aún menos posibilidades de llegar al espacio.


Suplemento De Vídeo: ELECTRO-PROPULSIÓN - COMO HACER UN.




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