La propulsión electromagnética podría llevarnos a la heliopausa a una velocidad inalcanzable para las naves espaciales convencionales. Fuente:NASA. Por décadas, los únicos medios de viaje espacial han sido los motores de cohetes que funcionan con propulsión química. Ahora, a principios del siglo XXI, Los ingenieros aeroespaciales están ideando formas innovadoras de llevarnos a las estrellas, incluida la propulsión ligera, propulsión de fusión nuclear y propulsión de antimateria. También se propone un nuevo tipo de nave espacial que carece de propulsor. Este tipo de nave espacial, que sería sacudida por el espacio por electroimanes, podría llevarnos más lejos que cualquiera de estos otros métodos.
Cuando se enfría a temperaturas extremadamente bajas, Los electroimanes demuestran un comportamiento inusual:durante los primeros nanosegundos después de que se les aplica electricidad, vibran. David Goodwin , un gerente de programa en la Oficina de Física Nuclear y de Altas Energías 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 naves espaciales 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, 2001, en Salt Lake City, Utah. En esta edición de Cómo funcionarán las cosas , Podrás ver cómo funciona el sistema de propulsión electromagnética de Goodwin y cómo podría enviar naves espaciales al espacio profundo.
El corazón del sistema es el superrefrigerado, electroimán de estilo solenoide y la placa de metal 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 trabaja continuamente en mejores imanes superconductores y muy rápido, Alto Voltaje interruptores de estado sólido . A mediados de la década de 1990, Goodwin presidió una sesión del Breakthrough Propulsion Physics Project de la NASA, que está trabajando para diseñar sistemas de propulsión que no tengan propulsor, utilizan un sistema de muy alta energía y eventualmente pueden superar la inercia.
"Parecía que debería haber alguna forma de utilizar esta tecnología que [los científicos del DOE] estaban desarrollando para ayudar a la NASA a alcanzar 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 que vibran 400, 000 veces por segundo. Si este pulso rápido 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 aumentando, el electroimán está en un estado no estacionario que le permite pulsar muy rápidamente. Después de que aumenta, el campo magnético alcanza un estado estable y no se producen pulsaciones. Goodwin describe el electroimán que está usando como un 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 91,4 cm (3 pies) y un peso de 25 kg (55,12 libras). El cable utilizado para este sistema de propulsión es un aleación de niobio y estaño . Varios de estos hilos de alambre se enrollarán en un cable. A continuación, este electroimán se sobreenfría con helio líquido a 4 grados Kelvin (-452,47 F / -269,15 C).
Para que el imán vibre, necesita causar una asimetría en el campo magnético. Goodwin planea introducir deliberadamente un placa metálica en el campo magnético para mejorar el movimiento vibratorio. Esta placa estaría hecha de cobre, aluminio o hierro. Las placas de aluminio y cobre son mejores conductoras 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 unos pocos microsegundos (millonésimas de segundo) antes de que se permitiera que el imán oscilara en la dirección opuesta.
"Ahora, la trampa aquí es, ¿Podemos usar esta condición de estado no estable de tal manera que solo se mueva en una dirección? ", dijo Goodwin." Y ahí es donde es muy incierto que eso se pueda hacer. Por eso nos gustaría hacer un experimento para averiguarlo ". Junto con la cooperación de Boeing, Goodwin está buscando fondos 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. Este interruptor básicamente 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:imagine un microprocesador del tamaño de un disco de hockey. Su trabajo es tomar la potencia de estado estacionario y convertirla en una muy rápida, pulso de alta potencia 400, 000 veces por segundo a 30 amperios y 9, 000 voltios.
En la siguiente sección, aprenderá de dónde obtiene el sistema su energía y cómo puede enviar futuras naves espaciales más allá de nuestro sistema solar.
El Departamento de Energía de EE. UU. 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 fondos de la NASA, y un reactor de 300 kilovatios podría estar listo para 2006. El sistema de propulsión se configuraría para convertir la energía térmica generada por el reactor en energía eléctrica.
"Para el espacio profundo, Marte y más allá, prácticamente necesitas volverse nuclear si vas a mover cualquier masa, "Dijo Goodwin.
El reactor generará energía mediante el proceso de fisión nuclear inducida, que genera energía al dividir 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 el que se utiliza 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 impulsar una nave espacial durante largos períodos de tiempo sin ocupar mucho espacio en ella. Este tipo de propulsión nuclear, Las naves espaciales propulsadas electromagnéticamente podrían atravesar distancias increíblemente grandes.
La energía térmica de un reactor nuclear podría convertirse en electricidad para impulsar la nave espacial.
"No pudiste llegar a la estrella más cercana, pero podrías mirar 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 en eso, se necesitarían cientos de años para llegar a la estrella más cercana, que todavía no es práctico ".
los heliopausia 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 AU es igual a la distancia promedio del sol a la Tierra, o alrededor de 93 millones de millas (150 millones de km). Para comparacion, Plutón está a 39,53 AU del sol.
Para mover a la gente, tendría que construirse un dispositivo mucho más grande, pero el de 1 pie de diámetro, Electromagnético de 3 pies de altura podría empujar pequeño, naves espaciales no tripuladas como una sonda interestelar a distancias muy lejanas. El sistema es muy eficiente, según Goodwin, y pone mucha potencia 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 límite de su fuerza.
Los escépticos de tal sistema dicen que todo lo que logrará Goodwin es hacer vibrar el imán muy rápidamente, pero no irá a ninguna parte. Goodwin admite que aún no hay evidencia de que su sistema de propulsión funcione. "Es muy especulativo, y en mis días más salvajemente optimistas, Creo que hay una posibilidad entre 10 de que funcione "dijo Goodwin. Por supuesto, 100 años atrás, la gente creía que teníamos menos posibilidades de llegar al espacio.
