Τι είναι η μαγνητοϋδροδυναμική κίνηση;

Μια μαγνητοϋδροδυναμική κίνηση (MHD) είναι ένας κινητήρας χωρίς κινούμενα μέρη που δημιουργεί ώθηση επιταχύνοντας ένα φορτισμένο ρευστό με ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτή είναι γνωστή ως δύναμη Lorentz, της οποίας το μέγεθος σε νιούτον σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο φορτισμένο σωματίδιο μπορεί να υπολογιστεί προσθέτοντας την πυκνότητα του ηλεκτρικού πεδίου σε βολτ ανά μέτρο στη στιγμιαία ταχύτητα του σωματιδίου σε m/s, πολλαπλασιάζοντας το άθροισμα με την πυκνότητα του μαγνητικού πεδίου στο teslas, και πολλαπλασιάζοντας αυτό το προϊόν με το ηλεκτρικό φορτίο του σωματιδίου σε κολώνες.

Όταν η ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου αυξάνεται, τόσο η ώθηση όσο και η ειδική ώθηση μιας μαγνητοϋδροδυναμικής κίνησης αυξάνονται επίσης. Η δύναμη Lorentz μπορεί να αξιοποιηθεί για πρόωση σε διαστημόπλοια, τα οποία χρησιμοποιούν φορτισμένο πλάσμα ως ρευστό μέσο, ​​και ως εκ τούτου ονομάζονται μαγνητοπλασμαδυναμικά (MPD) προωθητές. Πειραματικά πρωτότυπα έχουν δοκιμαστεί τόσο σε ρωσικούς όσο και σε ιαπωνικούς δορυφόρους.

Η μαγνητοϋδροδυναμική γενικά είναι ο επιστημονικός κλάδος που μελετά οποιαδήποτε ηλεκτρικά φορτισμένα ρευστά. Η εξήγηση και η πρόβλεψη της συμπεριφοράς των ηλεκτρικά φορτισμένων ρευστών απαιτεί το συνδυασμό των εξισώσεων Navier-Stokes της δυναμικής των ρευστών με τις εξισώσεις ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell. Αυτό σημαίνει ότι δύο σετ διαφορικών εξισώσεων πρέπει να επιλυθούν ταυτόχρονα, που σημαίνει ότι οι υπολογισμοί είναι υπολογιστικά εντατικοί και συχνά απαιτούν υπερυπολογιστές.

Στη δεκαετία του 1990, η Mitsubishi κατασκεύασε πρωτότυπα για θαλάσσια πλοία που χρησιμοποιούσαν μαγνητοϋδροδυναμικές κινήσεις, αλλά αυτά έφτασαν μόνο ταχύτητες 15 km/h (9.3 mph), παρά τις προβλέψεις για 200 km/h (124.3 mph). Λόγω της έλλειψης κινητών μερών, οι μαγνητοϋδροδυναμικοί κινητήρες μπορούν καταρχήν να είναι αξιόπιστοι, οικονομικοί, αποδοτικοί, αθόρυβοι και μηχανικά κομψοί. Ωστόσο, επειδή η πηγή καυσίμου τους είναι ο ηλεκτρισμός και εξακολουθούμε να μην έχουμε ένα φτηνό μέσο δημιουργίας κυψελών καυσίμου υψηλής πυκνότητας ισχύος, τα πλοία που χρησιμοποιούν τη μονάδα MHD πρέπει να διαθέτουν μια βαριά ενσωματωμένη γεννήτρια που καίει ντίζελ. Εάν το κόστος των κυψελών καυσίμου υδρογόνου αυξηθεί δραστικά τα επόμενα χρόνια, ο κινητήρας MHD μπορεί να αποδειχθεί μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για την προπέλα.

Στα διαστημόπλοια, οι μαγνητοπλασμαδυναμικοί προωθητές απαιτούν αρκετή ισχύ – σε μεγαβάτ – για να αποδώσουν βέλτιστα. Σήμερα, ακόμη και οι ισχυρότερες γεννήτριες ισχύος διαστημικών σκαφών παρέχουν μόνο μερικές εκατοντάδες κιλοβάτ, πράγμα που σημαίνει ότι οι προωθητές MPD παραμένουν κατά κύριο λόγο μια μελλοντική τεχνολογία. Ωστόσο, οι αρχές λειτουργίας των προωστικών MPD τους επιτρέπουν να διαθέτουν εξαιρετικά υψηλές ειδικές ώσεις, περισσότερο από 20 φορές την ειδική ώθηση των χημικών πυραύλων, δεδομένης της επαρκής ισχύος.