Ein Massenfahrer oder elektromagnetischer Katapult sind eine vorgeschlagene Methode der Nichtrakete spacelaunch, der einen geradlinigen Motor verwenden würde, um Nutzlasten bis zu hohen Geschwindigkeiten zu beschleunigen und zu katapultieren. Alle vorhandenen und nachgedachten Massentreiber verwenden Rollen der durch die Elektrizität gekräftigten Leitung, um Elektromagneten zu machen. Die folgende Zündung einer Reihe von Elektromagneten beschleunigt die Nutzlast entlang einem Pfad. Nach dem Verlassen des Pfads setzt die Nutzlast fort, sich wegen des Schwungs zu bewegen.

Ein Massenfahrer ist im Wesentlichen ein coilgun, der magnetisch ein Paket beschleunigt, das aus einem magnetizable Halter besteht, der eine Nutzlast enthält. Sobald die Nutzlast beschleunigt worden ist, die zwei getrennt, und der Halter wird verlangsamt und für eine andere Nutzlast wiederverwandt.

Treiber von Massachusetts können verwendet werden, um Raumfahrzeug auf drei verschiedene Weisen anzutreiben: Ein großer, Boden-basierter Massentreiber konnte verwendet werden, um Raumfahrzeug weg von der Erde, dem Mond oder einem anderen Körper zu starten. Ein kleiner Massenfahrer konnte ein Raumfahrzeug an Bord sein, Stücke des Materials in den Raum schleudernd, um sich anzutreiben. Eine andere Schwankung würde eine massive Möglichkeit auf einem Mond haben, oder Asteroid senden Kugeln, um einem entfernten Handwerk zu helfen.

Miniaturisierte Massentreiber können auch als Waffen auf eine ähnliche Weise als klassische Schusswaffen oder Kanone mit dem chemischen Verbrennen verwendet werden. Hybriden zwischen coilguns und railguns wie spiralenförmiger railguns sind auch möglich.

Feste Massenfahrer

Fahrer von Massachusetts können keinen physischen Kontakt zwischen bewegenden Teilen wegen der Kugel haben, die durch die dynamische magnetische Levitation wird führt, äußerste Wiederverwendbarkeit im Fall von der Halbleitermacht-Schaltung, einem Leben theoretisch bis zu Millionen von Starts erlaubend. Während Randkosten dazu neigen, entsprechend niedrige, anfängliche Entwicklung zu sein, und Aufbaukosten von der Leistung, besonders die beabsichtigte Masse, Beschleunigung und Geschwindigkeit von Kugeln hoch abhängig sind. Zum Beispiel, während Gerard O'Neill seinen ersten Massentreiber in 1976-77 mit einem Budget von 2000 $, ein kurzes Testmodell Zündung einer Kugel an 40 m/s und 33 g gebaut hat, war sein folgendes Modell eine Größenordnung größere Beschleunigung nach einer vergleichbaren Zunahme in der Finanzierung, und ein paar Jahre später, die Universität Texas hat eingeschätzt, dass ein Massentreiber, der eine 10-Kilogramm-Kugel an 6000 m/s anzündet, $ 47 Millionen kosten würde.

Für einen gegebenen Betrag der Energie gehen beteiligte, schwerere Gegenstände proportional langsamer. Leichte Gegenstände können an 20 km/s oder mehr geplant werden. Die Grenzen sind allgemein der Aufwand der Energielagerung, die fähig ist, schnell genug und die Kosten der Macht-Schaltung entladen zu werden, die durch Halbleiter oder durch gasphasige Schalter sein kann (häufig eine Nische noch in äußersten Pulsmacht-Anwendungen habend). Jedoch kann Energie induktiv im Superleiten von Rollen versorgt werden. Ein 1 km langer Massenfahrer, der daraus gemacht ist, Rollen superzuführen, kann ein 20-Kg-Fahrzeug zu 10.5 km/s an einer Umwandlungsleistungsfähigkeit von 80 % und durchschnittlicher Beschleunigung von 5,600 g beschleunigen.

Erdmassenfahrer, um Fahrzeuge anzutreiben, um wie das Konzept von StarTram zu umkreisen, würden große Kapitalanlage verlangen.

Der starke Ernst der Erde und dicke Atmosphäre machen solch eine Installation schwierig, so viele Vorschläge sind vorgebracht worden, um Massenfahrer auf dem Mond zu installieren, wo der niedrigere Ernst und von der Atmosphäre fehlt, viel reduzieren die erforderliche Geschwindigkeit, um Mondbahn zu erreichen.

Der grösste Teil ernsten Massenfahrer-Designgebrauch-Superleitens rollt sich zusammen, um angemessene energische Leistungsfähigkeit (häufig 50 % bis 90 + %, abhängig vom Design) zu erreichen. Methoden schließen einen Superleiten-Eimer oder Aluminiumrolle als die Nutzlast ein. Die Rollen eines Massenfahrers können Wirbel-Ströme in einer Aluminiumrolle einer Nutzlast veranlassen, und dann dem resultierenden magnetischen Feld folgen. Es gibt zwei Abteilungen eines Massenfahrers. Die maximalen Beschleunigungsteil-Räume die Rollen in unveränderlichen Entfernungen, und synchronisieren die Rolle-Ströme zum Eimer. In dieser Abteilung die Beschleunigungszunahmen weil nimmt die Geschwindigkeit bis zum Maximum zu, das der Eimer nehmen kann. Danach beginnt das unveränderliche Beschleunigungsgebiet. Dieses Gebiet Räume die Rollen in zunehmenden Entfernungen, um einen festen Betrag der Geschwindigkeitszunahme pro Einheit der Zeit zu geben.

In dieser Weise sollte ein Hauptvorschlag für den Gebrauch von Massenfahrern Mondoberflächenmaterial zu Raumhabitaten transportieren, so dass es mit der Sonnenenergie bearbeitet werden konnte. Das Raumstudieninstitut hat gezeigt, dass diese Anwendung vernünftig praktisch war.

In einigen Designs würde die Nutzlast in einem Eimer gehalten und dann veröffentlicht, so dass der Eimer verlangsamt und wiederverwendet werden kann. Ein Einwegeimer würde andererseits Beschleunigung entlang der ganzen Spur nützen.

Auf der Erde

Im Gegensatz zu Ladung-Only-chemischen Raumpistole-Konzepten konnte ein Massenfahrer jede Länge erschwinglich, mit der relativ glatten Beschleunigung überall, fakultativ sogar lang genug sein, um Zielgeschwindigkeit ohne übermäßige G-Kräfte für Passagiere zu erreichen. Es kann als eine sehr lange und hauptsächlich horizontal ausgerichtete Start-Spur für spacelaunch, ins Visier genommen aufwärts am Ende teilweise durch das Verbiegen von der Spur aufwärts und teilweise durch die Krümmung der Erde in der anderen Richtung gebaut werden.

Natürliche Erhebungen, wie Berge, können den Aufbau des entfernten, nach oben gerichtet ins Visier genommenen Teils erleichtern. Je höher die Spur endet, desto weniger Widerstand von der Atmosphäre der gestartete Gegenstand erhalten wird.

Die 40 Megajoule pro Kilogramm oder weniger kinetische Energie von Kugeln, die an bis zu 9000 m/s Geschwindigkeit (wenn einschließlich des zusätzlichen für Schinderei-Verluste) zur Niedrigen Erdbahn gestartet sind, sind ein paar Kilowatt-Stunden pro Kilogramm, wenn Wirksamkeit relativ hoch ist, der entsprechend, wie man Hypothese aufgestellt hat, weniger als 1 $ von elektrischen Energiekosten pro zur LÖWE verladenes Kilogramm gewesen ist, obwohl Gesamtkosten weit mehr als die Elektrizität allein sein würden. Indem er ein bisschen oben, auf oder unter dem Boden hauptsächlich gelegen wird, kann ein Massenfahrer leichter sein, im Vergleich zu vielen anderen Strukturen der Nichtrakete spacelaunch aufrechtzuerhalten. Ob Untergrundbahn, es in einer Pfeife aufgenommen werden muss, die gepumptes Vakuum ist, um innere Luftschinderei, solcher zu verhindern, weil mit einem mechanischen Verschluss geschlossen den größten Teil der Zeit, aber ein während der Momente der Zündung verwendetes Plasmafenster gehalten hat, um Verlust des Vakuums zu verhindern.

Ein Massenfahrer auf der Erde würde gewöhnlich ein Kompromiss-System sein. Ein Massenfahrer würde eine Nutzlast bis zu etwas hohe Geschwindigkeit beschleunigen, die genug für die Bahn nicht sein würde. Es würde dann die Nutzlast veröffentlichen, die den Start mit Raketen vollenden würde. Das würde drastisch abnehmen der Betrag der Geschwindigkeit musste durch Raketen zur Verfügung gestellt werden, um Bahn zu erreichen. Gut unter einem Zehntel der Augenhöhlengeschwindigkeit von einer kleinen Rakete ist eine Trägerrakete genug, um Erdnähe zu erheben, wenn ein Design prioritizes Minderung von solchem, aber hybride Vorschläge reduzieren fakultativ Voraussetzungen für den Massenfahrer selbst, indem sie einen größeren Teil des Deltas-v durch eine Rakete-Brandwunde (oder Augenhöhlenschwung-Austauschhaltestrick) gehabt wird. Auf der Erde konnte ein Massenfahrer-Design vielleicht gut geprüfte maglev Bestandteile verwenden.

Um ein Raumfahrzeug mit Menschen an Bord zu starten, würde eine Spur eines Massenfahrers mehrere hundert von Kilometern lange sein müssen, wenn sie fast die ganze Geschwindigkeit der Niedrigen Erdbahn zur Verfügung stellt, obwohl kleinere Länge Hauptstart zur Verfügung stellen kann, helfen. Erforderliche Länge, wenn sie hauptsächlich an der Nähe eine unveränderliche maximale annehmbare G-Kraft für Passagiere beschleunigt, ist zur quadratisch gemachten Geschwindigkeit proportional. Zum Beispiel konnte die Hälfte der Geschwindigkeitsabsicht einem Viertel als lange eines Tunnels entsprechen, der für dieselbe Beschleunigung gebaut werden muss. Für raue Gegenstände können viel höhere Beschleunigungen genügen, eine viel kürzere Spur, potenziell kreisförmig oder spiralenförmig (Spirale) erlaubend. Ein anderes Konzept ist ein großes Ringdesign, wodurch ein Raumfahrzeug den Ring zahlreiche Zeiten umkreisen würde, allmählich Geschwindigkeit gewinnend, bevor es in einen Start-Gang veröffentlicht wird, der himmelan führt.

Treiber von Massachusetts sind für die Raumverfügung des radioaktiven Abfalls vorgeschlagen worden, wohin eine Kugel, die an viel über der Flucht-Geschwindigkeit der Erde gestartet ist, dem Sonnensystem, mit dem atmosphärischen Durchgang mit solcher Geschwindigkeit berechnet als survivable durch eine verlängerte Kugel und sehr wesentlichen heatshield entkommen würde.

Raumfahrzeugbasierte Massenfahrer

Ein Raumfahrzeug konnte einen Massenfahrer als sein primärer Motor tragen. Mit einer passenden Quelle der elektrischen Leistung (wahrscheinlich ein Kernreaktor) konnte das Raumschiff dann den Massentreiber verwenden, um Stücke der Sache fast jeder Sorte zu beschleunigen, sich in der entgegengesetzten Richtung erhöhend. An der kleinsten Skala der Reaktionsmasse wird dieser Typ des Laufwerkes einen Ion-Laufwerk genannt.

Keine absolute theoretische Grenze ist für die Größe, Beschleunigung oder Maul-Energie von geradlinigen Motoren bekannt. Jedoch bewerben sich praktische Technikeinschränkungen wie die Macht zum Massenverhältnis, der überflüssigen Hitzeverschwendung und der Energieaufnahme, die fähig ist, geliefert und behandelt zu werden. Auspuffgeschwindigkeit ist weder zu niedrig noch zu hoch am besten.

Es gibt beschränkten optimalen und spezifischen Auspuffgeschwindigkeitsimpuls eines Missionsabhängigen für jede durch einen beschränkten Betrag der Raumfahrzeugmacht an Bord gezwungene Trägerrakete. Stoß und Schwung vom Auslassventil, pro vertriebene Einheitsmasse, schrauben geradlinig mit seiner Geschwindigkeit hoch (Schwung = mv), noch schrauben kinetische Energie und Energieeingangsvoraussetzungen schneller mit der Geschwindigkeit quadratisch gemacht (kinetische Energie = ½ mv) hoch. Zu niedrige Auspuffgeschwindigkeit würde vorantreibende Masse übermäßig vergrößern, die unter der Rakete-Gleichung mit einem zu hohen Bruchteil der Energie erforderlich ist, eintretend in beschleunigendes Treibgas nicht verwendet noch. Höhere Auspuffgeschwindigkeit hat sowohl Vorteil als auch Umtausch, vorantreibende Gebrauch-Leistungsfähigkeit vergrößernd (mehr Schwung pro Einheitsmasse von Treibgas vertrieben), aber Stoß und die aktuelle Rate der Raumfahrzeugbeschleunigung vermindernd, wenn verfügbare Eingangsmacht (weniger Schwung pro Einheit der Energie unveränderlich ist, die Treibgas gegeben ist).

Elektrische Antrieb-Methoden wie Massenfahrer sind Systeme, wohin Energie aus dem Treibgas selbst nicht kommt. (Solche Unähnlichkeiten zu chemischen Raketen, wo sich treibende Leistungsfähigkeit mit dem Verhältnis der Auspuffgeschwindigkeit zur Fahrzeuggeschwindigkeit zurzeit, aber in der Nähe vom maximalen erreichbaren spezifischen Impuls ändert, neigen dazu, eine Designabsicht zu sein, als entsprechend dem grössten Teil der Energie davon veröffentlicht hat, Treibgase zu reagieren). Obwohl sich der spezifische Impuls einer elektrischen Trägerrakete selbst fakultativ bis dazu erstrecken konnte, wo sich Massenfahrer in Partikel-Gaspedale mit der Bruch-Lightspeed-Auspuffgeschwindigkeit für winzige Partikeln verschmelzen, konnte das Versuchen, äußerste Auspuffgeschwindigkeit zu verwenden, um ein viel langsameres Raumfahrzeug zu beschleunigen, suboptimal niedrig gestoßen werden, wenn die Energie, die von einem Reaktor eines Raumfahrzeugs oder Macht-Quelle verfügbar ist (eine kleinere Entsprechung beschränkt wird, Macht an Bord zu einer Reihe von Scheinwerfern, Fotonen zu füttern, die ein Beispiel eines äußerst niedrigen Schwungs zum Energieverhältnis sind).

Zum Beispiel, wenn beschränkt, war zu seinem Motor gefütterte Macht an Bord die dominierende Beschränkung darauf, wie viel Nutzlast sich ein hypothetisches Raumfahrzeug hin- und herbewegen konnte (solcher, als ob innere vorantreibende Wirtschaftskosten vom Gebrauch von außerirdischem Boden oder Eis gering waren), Ideal strömen aus Geschwindigkeit möchte ungefähr 62.75 % des Gesamtmissionsdeltas v lieber sein, wenn das Funktionieren am unveränderlichen spezifischen Impuls, außer der größeren Optimierung daraus kommen konnte, Auspuffgeschwindigkeit während des Missionsprofils (als möglich mit einigen Trägerrakete-Typen, einschließlich Massenfahrer und variablen spezifischen Impulses magnetoplasma Raketen) zu ändern.

Seitdem ein Massenfahrer jeden Typ der Masse für die Reaktionsmasse verwenden konnte, um das Raumfahrzeug zu bewegen, scheinen ein Massenfahrer oder etwas Schwankung ideal für Tief-Raumfahrzeuge, die Reaktionsmasse von gefundenen Mitteln reinigen.

Ein möglicher Nachteil des Massenfahrers besteht darin, dass es das Potenzial hat, um feste Reaktionsmasse zu senden, die mit gefährlich hohen Verhältnisgeschwindigkeiten in nützliche Bahnen und Spuren reist. Um dieses Problem zu überwinden, planen die meisten Schemas, fein geteilten Staub zu werfen. Wechselweise konnte flüssiger Sauerstoff als Reaktionsmasse verwendet werden, die nach der Ausgabe auf seinen molekularen Staat hinauslaufen würde. Das Antreiben der Reaktionsmasse zur Sonnenflucht-Geschwindigkeit ist eine andere Weise sicherzustellen, dass es keine Gefahr bleiben wird.

Hybride Massenfahrer

Ein Massentreiber auf einem Raumfahrzeug konnte verwendet werden, um Massen von einem stationären Massenfahrer "zu widerspiegeln". Jede Verlangsamung und Beschleunigung der Masse tragen zum Schwung des Raumfahrzeugs bei. Das leichte, schnelle Raumfahrzeug braucht Reaktionsmasse nicht zu tragen, und braucht viel Elektrizität außer dem Betrag nicht musste Verluste in der Elektronik ersetzen, während die unbewegliche Unterstützungsmöglichkeit von Kraftwerken herunterlaufen kann, die fähig sind, viel größer zu sein, als das Raumfahrzeug wenn erforderlich. Das konnte als eine Form des Balken-angetriebenen Antriebs betrachtet werden (eine Entsprechung der makroskopischen Skala eines Partikel-Balkens hat magsail angetrieben). Ein ähnliches System konnte auch Kügelchen des Brennstoffs zu einem Raumfahrzeug liefern, um ein anderes Antrieb-System anzutreiben.

Ein anderer theoretischer Gebrauch für dieses Konzept des Antriebs kann in Raumbrunnen, einem System gefunden werden, in dem ein dauernder Strom von Kügelchen in einer kreisförmigen Spur eine hohe Struktur hält.

Fahrer von Massachusetts als Waffen

Klein, um Größe-hohe Beschleunigung zu mäßigen, erleben elektromagnetische Kugel-Abschussvorrichtungen zurzeit aktive Forschung durch das Militär für den Gebrauch als Boden-basierte oder Schiff-basierte Waffen (meistenteils railguns, aber coilguns in einigen Fällen). Auf der größeren Skala als Waffen zurzeit in der Nähe von der Aufstellung, aber hat manchmal in zukünftigen Langstreckenvorsprüngen angedeutet, ein genug hoher geradliniger Geschwindigkeitsmotor, ein Massentreiber, konnte im Prinzip als interkontinentale Artillerie (oder, wenn gebaut, der Mond oder in der Bahn, verwendet verwendet werden, um eine Position auf der Oberfläche der Erde anzugreifen). Da der Massenfahrer weiter der Ernst gut gelegen würde als die theoretischen Ziele, würde er eine bedeutende Energieunausgewogenheit in Bezug auf genießen

Gegenangriff.

Praktische Versuche

Eine der ersten Technikbeschreibungen einer "Elektrischen Pistole" erscheint in der technischen Ergänzung der "Null zu Achtzig" durch den Akkad "Pseudomann", einen Schriftstellernamen für den Physiker von Princeton und elektrischen Unternehmer Edwin Fitch Northrup. Dr Northrup hat Prototyp-Rolle-Pistolen gebaut, die durch die Kilohertz-Frequenz drei Phase elektrische Generatoren angetrieben sind, und das Buch enthält Fotographien von einigen dieser Prototypen. Das Buch beschreibt eine erfundene Umschiffung des Monds durch ein Zwei-Personen-Fahrzeug, das von einem Northrup elektrische Pistole gestartet ist.

Spätere Prototyp-Massentreiber sind seit 1976 (Fahrer von Massachusetts 1), einige gebaut worden, die vom amerikanischen Raumstudieninstitut gebaut sind, um ihre Eigenschaften und Nützlichkeit zu beweisen. Militär R&D auf coilguns ist verbunden, wie auch maglev Züge sind.

Siehe auch

• Elektromagnetisches Flugzeugsstart-System
• Spiralenförmiger railgun
• Railgun
• Coilgun
• Geradliniger Motor
• StarTram
• Start-Schleife
• Raumbrunnen

Raumfahrzeugantrieb

Leute

• Eric Laithwaite und Maglifter planen
• Gerard K. O'Neill
• Henry Kolm

Links

• Elektromagnetische Pistolen — eine Seitenbeschreiben-Forschung in geradlinige Motoren an MIT
• Elektromagnetischer Start des Mondmaterials
• Neuer Wissenschaftler: Riesiger 'Start klingelt', um Satelliten in die Bahn — Artikel über die Forschung in einen kreisförmigen Massenfahrer (Oktober 2006) zu schleudern