Co to jest napęd magnetohydrodynamiczny?

Napęd magnetohydrodynamiczny (MHD) to silnik bez ruchomych części, który wytwarza ciąg poprzez przyspieszenie naładowanego płynu za pomocą pola elektromagnetycznego. Jest to znane jako siła Lorentza, której wielkość w niutonach na dowolnej określonej cząstce naładowanej można obliczyć, dodając gęstość pola elektrycznego w woltach na metr do chwilowej prędkości cząstki w m/s, mnożąc sumę przez gęstość pola magnetycznego w teslach i pomnożenie tego produktu przez ładunek elektryczny cząstki w kolumnach.

Wraz ze wzrostem natężenia pola elektromagnetycznego wzrasta zarówno ciąg, jak i impuls właściwy napędu magnetohydrodynamicznego. Siła Lorentza może być wykorzystana do napędu statków kosmicznych, które wykorzystują naładowaną plazmę jako ośrodek płynny i dlatego nazywane są silnikami magneto-plazmadynamicznymi (MPD). Eksperymentalne prototypy zostały przetestowane zarówno na rosyjskich, jak i japońskich satelitach.

Ogólnie magnetohydrodynamika jest dyscypliną naukową badającą wszelkie płyny naładowane elektrycznie. Wyjaśnienie i przewidywanie zachowania płynów naładowanych elektrycznie wymaga połączenia równań dynamiki płynów Naviera-Stokesa z równaniami elektromagnetyzmu Maxwella. Oznacza to, że dwa zestawy równań różniczkowych muszą być rozwiązywane jednocześnie, co oznacza, że ​​obliczenia są intensywne obliczeniowo i często wymagają superkomputerów.

W latach 1990. Mitsubishi budowało prototypy statków pełnomorskich, które wykorzystywały napędy magnetohydrodynamiczne, ale osiągały one jedynie prędkość 15 km/h (9.3 mil/h), pomimo przewidywań 200 km/h (124.3 mil/h). Ze względu na brak części ruchomych silniki magnetohydrodynamiczne mogą być w zasadzie niezawodne, ekonomiczne, wydajne, ciche i eleganckie pod względem mechanicznym. Jednakże, ponieważ ich źródłem paliwa jest energia elektryczna, a wciąż brakuje nam tanich środków do tworzenia ogniw paliwowych o dużej gęstości mocy, statki korzystające z napędu MHD muszą mieć ciężki generator pokładowy, który spala olej napędowy. Jeśli koszt wodorowych ogniw paliwowych drastycznie wzrośnie w nadchodzących latach, napęd MHD może okazać się realną alternatywą dla śmigła.

W statkach kosmicznych, magnetoplazmadynamiczne silniki odrzutowe wymagają sporej ilości energii – w megawatach – aby działać optymalnie. Obecnie nawet najsilniejsze generatory mocy statków kosmicznych dostarczają tylko kilkaset kilowatów, co oznacza, że ​​silniki MPD pozostają przede wszystkim technologią przyszłości. Jednak zasady działania silników MPD pozwalają im na posiadanie ekstremalnie wysokich impulsów właściwych, ponad 20 razy większych niż impulsy rakiet chemicznych, przy odpowiedniej mocy.