Магнитный парус
Магнитный парус или magsail - это предлагаемый метод движения космического корабля , который будет использовать статическое магнитное поле для отклонения заряженных частиц , излучаемых Солнцем в виде плазменного ветра, и, таким образом, придавать импульс для ускорения космического корабля. [1] [2] Магнитный парус мог бы также упираться прямо в планетарную и солнечную магнитосферы .
Магнитный парус был предложен Даной Эндрюс и Робертом Зубриным , работавшими совместно в 1988 году. В то время Эндрюс работал над концепцией использования магнитного ковша для сбора ионов, чтобы обеспечить топливо для космического корабля с ядерно-электрическим ионным приводом , позволяя кораблю работают так же, как прямоточный воздушно- реактивный двигатель Бюссара , но без необходимости протон-протонного синтеза .двигательный привод. Он попросил Зубрина помочь ему рассчитать сопротивление, которое магнитный совок будет создавать против межпланетной среды. Зубрин согласился, но обнаружил, что сопротивление, создаваемое ковшом, будет намного больше, чем тяга, создаваемая ионным двигателем. Поэтому он предложил отказаться от компонента ионного привода системы и использовать устройство просто как парус. Эндрюс согласился, и магсейл родился. Затем они приступили к подробному анализу большого паруса для межпланетного, межзвездного и планетарного орбитального движения в серии статей, опубликованных с 1988 по 1990-е годы.
Magsail работает , создавая сопротивление местной среде (магнитному полю планеты, солнечному ветру или межзвездному ветру), тем самым позволяя космическому кораблю, ускоренному до очень высоких скоростей другими средствами, такими как термоядерная ракета или лазерный световой парус, замедляться - даже с релятивистских скоростей - без необходимости использования бортового топлива. Таким образом, он может уменьшить мощность дельта-V , необходимую для межзвездной миссии, в два раза. Эта способность - самая необычная особенность паруса и, возможно, самая важная в долгосрочной перспективе.
В типичных конструкциях магнитных парусов магнитное поле создается петлей из сверхпроводящего провода. Поскольку петли проводников с током имеют тенденцию вытягиваться наружу к круглой форме своим собственным магнитным полем, парус можно было бы развернуть, просто размотав проводник и пропустив через него ток.
Солнечный ветер представляет собой непрерывный поток плазмы, который течет наружу от Солнца: вблизи земной орбиты он содержит несколько миллионов протонов и электронов на кубический метр и течет со скоростью от 400 до 600 км / с (от 250 до 370 миль / с). Магнитный парус вводит в этот поток плазмы магнитное поле, которое может отклонить частицы от их первоначальной траектории: затем импульс частиц передается парусу, что приводит к тяге паруса. Одним из преимуществ магнитных или солнечных парусов по сравнению с реактивными двигателями (химическими или ионными) является то, что реактивная масса не истощается и не перевозится в корабле.
Для паруса в солнечном ветре на расстоянии одной а.е. от Солнца напряженность поля, необходимая для сопротивления динамическому давлению солнечного ветра, составляет 50 нТл. Предложенная Зубриным конструкция магнитного паруса создаст космический пузырь диаметром 100 км (62 мили), в котором ионы солнечного ветра существенно отклоняются с помощью обруча радиусом 50 км (31 миля). Минимальная масса такой катушки ограничивается ограничениями прочности материала и составляет примерно 40 тонн (44 тонны), и она будет генерировать тягу 70 Н (16 фунтов силы), [ 3]давая отношение масса/тяга 600 кг/Н. При эксплуатации в пределах Солнечной системы потребуется высокотемпературный сверхпроводящий провод, чтобы парус стал практичным. При работе в межзвездном пространстве обычных сверхпроводников было бы достаточно.
