Der Magnetoplasmadynamic (MPD) Trägerrakete (MPDT) ist eine Form des elektrisch angetriebenen Raumfahrzeugantriebs, der die Gewalt von Lorentz (die Kraft auf einer beladenen Partikel durch ein elektromagnetisches Feld) anwendet, um Stoß zu erzeugen. Es wird manchmal Lorentz Force Accelerator (LFA) oder (größtenteils in Japan) MPD arcjet genannt.

Allgemein wird ein gasartiger Brennstoff ionisiert und in einen Beschleunigungsraum gefüttert, wo die magnetischen und elektrischen Felder mit einer Macht-Quelle geschaffen werden. Die Partikeln werden dann durch die Kraft von Lorentz angetrieben, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Strom ergibt, der durch das Plasma und dem magnetischen Feld fließt (der entweder äußerlich angewandt, oder durch den Strom veranlasst wird) durch den Auspuffraum. Verschieden vom chemischen Antrieb gibt es kein Verbrennen des Brennstoffs. Als mit anderen elektrischen Antrieb-Schwankungen nehmen sowohl spezifischer Impuls als auch Stoß mit dem Macht-Eingang, während gestoßen, pro Watt-Fälle zu.

Es gibt zwei Haupttypen von MPD Trägerraketen, angewandtem Feld und Selbstfeld. Angewandt-Feldträgerraketen haben magnetische Ringe, die den Auspuffraum umgeben, um das magnetische Feld zu erzeugen, während Selbstfeldträgerraketen eine Kathode haben, die sich im Laufe der Mitte des Raums ausstreckt. Angewandte Felder sind an niedrigeren Macht-Niveaus notwendig, wo Selbstfeldkonfigurationen zu schwach sind. Verschiedene Treibgase wie xenon, Neon, Argon, hydrazine, und Lithium sind mit Lithium verwendet worden, das allgemein der beste Darsteller ist.

Vorteile

In der Theorie konnten MPD Trägerraketen äußerst hohe spezifische Impulse (I) mit einer Auspuffgeschwindigkeit bis zu und außer 110,000 m/s erzeugen, den Wert aktueller mit Sitz in xenon Ion-Trägerraketen, und ungefähr 20mal besser verdreifachen als flüssige Raketen. MPD Technologie hat auch das Potenzial für Stoß-Niveaus von bis zu 200 Newton (N) (45 lbf), bei weitem das höchste für jede Form des elektrischen Antriebs, und fast so hoch wie viele interplanetarische chemische Raketen. Das würde Gebrauch des elektrischen Antriebs auf Missionen erlauben, die schnelle Manöver des Deltas-v (wie das Gefangennehmen in die Bahn um einen anderen Planeten), aber mit oft größerer Kraftstoffleistungsfähigkeit verlangen.

Probleme mit MPDT

MPD Trägerrakete-Technologie ist akademisch erforscht worden, aber kommerzielles Interesse ist niedrig wegen mehrerer restlicher Probleme gewesen. Ein großes Problem besteht darin, dass Macht-Voraussetzungen an die Ordnung von Hunderten von Kilowatt für die optimale Leistung erforderlich sind. Aktuelle interplanetarische Raumfahrzeugmacht-Systeme (wie Radioisotop thermoelektrische Generatoren (RTGs)) und Sonnenreihe sind des Produzierens von so viel Macht unfähig. Wie man erwartete, hat der Projektprometheus-Reaktor der NASA Macht in den Hunderten von der Kilowatt-Reihe erzeugt, aber wurde 2005 unterbrochen.

Ein Projekt, einen raumgehenden Kernreaktoren zu erzeugen, hat vorgehabt, 600 Kilowatt der elektrischen Leistung zu erzeugen, hat 1963 begonnen und ist seit den meisten 1960er Jahren in der UDSSR gelaufen. Es sollte einen Nachrichtensatelliten antreiben, der schließlich nicht genehmigt wurde. Kernreaktoren, die Kilowatt der elektrischen Leistung (der Ordnung zehnmal mehr liefern als RTG aktueller Macht-Bedarf), sind durch die UDSSR umkreist worden: RORSAT; und TOPAS.

Pläne, einen Kernreaktoren der Megawatt-Skala für den Gebrauch an Bord eines besetzten Raumschiffes zu entwickeln, wurden 2009 vom russischen Kerninstitut von Kurchatov, nationale Raumfahrtbehörde Roskosmos bekannt gegeben, und vom Präsidenten Russlands in der Adresse im November 2009 bestätigt.

Ein anderer Plan, der von Bradley C. Edwards vorgeschlagen ist, soll Macht vom Boden strahlen. Dieser Plan verwertet freie 5 200-Kilowatt-Elektronlaser an 0.84 Mikrometern mit der anpassungsfähigen Optik auf dem Boden zur Balken-Macht zum MPD-angetriebenen Raumfahrzeug, wo es zur Elektrizität von GaAs photovoltaic Tafeln umgewandelt wird. Die Einstimmung der Laserwellenlänge von 0.840 Mikrometern (1.48 eV pro Foton) und die PV Tafel bandgap 1.43 eV zu einander erzeugt eine geschätzte Umwandlungsleistungsfähigkeit von 59 % und eine vorausgesagte Macht-Dichte von bis zu 540 Kilowatt/M. Das würde genügend sein, um eine MPD obere Bühne anzutreiben, vielleicht Satelliten von der LÖWE bis GEO zu heben.

Ein anderes Problem mit der MPD Technologie ist die Degradierung von Kathoden wegen der Eindampfung gewesen, die durch hohe aktuelle Dichten (über 100 amps/cm^2) gesteuert ist. Wie man gezeigt hat, ist der Gebrauch von Lithium- und Barium-Treibgas-Mischungen und hohlen Mehrkanalkathoden im Laboratorium eine viel versprechende Lösung für das Kathode-Erosionsproblem gewesen.

Forschung

Die Forschung über MPD Trägerraketen ist in den Vereinigten Staaten, der ehemaligen Sowjetunion, Japan, Deutschland und Italien ausgeführt worden. Experimentelle Prototypen wurden zuerst auf dem sowjetischen Raumfahrzeug und am meisten kürzlich 1996 auf der japanischen Raumpilot-Einheit geweht, die demonstriert hat, dass die erfolgreiche Operation eines quasiunveränderlichen MPD Trägerrakete im Raum pulsiert hat. Forschung am Moskauer Fluginstitut, RKK Energiya, der Universität Stuttgarts, ISAS, Centrospazio, Alta S.p. A., Universität von Osaka, Universität des Südlichen Kaliforniens, des Elektrischen Antriebs der Universität des Princeton und Plasmadynamik-Laboratoriums (EPPDyL) (wo MPD Trägerrakete-Forschung ununterbrochen seit 1967 weitergegangen hat), und Zentren von NASA (Strahlantrieb-Laboratorium und Forschungszentrum von Glenn), haben viele Probleme aufgelöst, die mit der Leistung, Stabilität und Lebenszeit von MPD Trägerraketen verbunden sind.

Eine MPD Trägerrakete wurde an Bord die japanische Raumpilot-Einheit als ein Teil von EPEX geprüft (Elektrisches Antrieb-Experiment), der am 18. März 1995 gestartet und durch die Raumfähre-Mission STS-72 am 20. Januar 1996 wiederbekommen wurde. Bis heute ist es die einzige betriebliche MPD Trägerrakete, um im Raum als ein Antrieb-System geflogen zu sein.

Siehe auch

Saal-Wirkungsträgerrakete

• Ion-Trägerrakete
• Magnetohydrodynamics
• Magnetisches Segel
• Pulsierte Plasmaträgerrakete
• Sonnenkollektoren auf dem Raumfahrzeug

Raumfahrzeugantrieb VASIMR

• Liste von Plasma (Physik) Artikel

Links

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