Un propulsor inductivo pulsado ( PIT ) es una forma de propulsor de iones que se utiliza en la propulsión de naves espaciales . Es un motor de propulsión de plasma que utiliza campos eléctricos y magnéticos perpendiculares para acelerar un propulsor sin electrodo .
Operación [ editar ]
Una boquilla libera una bocanada de gas que se extiende a través de una bobina de alambre de inducción en espiral plana de aproximadamente 1 metro de ancho. Un banco de condensadores libera un pulso de corriente eléctrica de alto voltaje de decenas de kilovoltios que dura 10 microsegundos en la bobina, generando un campo magnético radial. Esto induce un campo eléctrico circular en el gas, ionizándolo y haciendo que las partículas cargadas ( electrones e iones libres ) giren en la dirección opuesta al pulso original de la corriente. Debido a que el movimiento de este flujo de corriente inducida es perpendicular al campo magnético, lael plasma es acelerado hacia el espacio por la fuerza de Lorentz a una alta velocidad de escape (10 a 100 km / s). [1]
Ventajas [ editar ]
A diferencia de un propulsor de iones electrostáticos que usa un campo eléctrico para acelerar solo una especie (iones positivos), un PIT usa la fuerza del cuerpo de Lorentz que actúa sobre todas las partículas cargadas dentro de un plasma casi neutro. A diferencia de la mayoría de los propulsores de iones y plasma, tampoco requiere electrodos (que son susceptibles a la erosión) y su potencia se puede aumentar simplemente aumentando el número de pulsos por segundo. Un sistema de 1 megavatio emitiría 200 pulsaciones por segundo.
Los propulsores inductivos pulsados pueden mantener un impulso específico constante y una eficiencia de empuje en una amplia gama de niveles de potencia de entrada ajustando la frecuencia del pulso para mantener una energía de descarga constante por pulso. Ha demostrado una eficiencia superior al 50%. [2]
Los propulsores inductivos pulsados pueden utilizar una amplia gama de gases como propulsor, como agua , hidracina , amoniaco , argón , xenón ... Debido a esta capacidad, se ha sugerido utilizar PIT para misiones marcianas : un orbitador podría repostar con pala CO 2 de la atmósfera de Marte , comprimiendo el gas y licuándolo en tanques de almacenamiento para el viaje de regreso u otra misión interplanetaria , mientras orbita el planeta. [3]
Desarrollos [ editar ]
El desarrollo temprano comenzó con estudios fundamentales de prueba de concepto realizados a mediados de la década de 1960. La NASA lleva a cabo experimentos con este dispositivo desde principios de la década de 1980.
PIT Mk V, VI y VII [ editar ]
NGST ( Northrop Grumman Space Technology ), como contratista de la NASA, construyó varios PIT experimentales.
Los esfuerzos de investigación durante el primer período (1965-1973) estuvieron dirigidos a comprender la estructura de una hoja de corriente inductiva y evaluar diferentes conceptos de inyección y preionización de propulsores.
En el segundo período (1979-1988), la atención se centró más en el desarrollo de un verdadero sistema de propulsión y en el aumento del rendimiento del diseño base a través de cambios de diseño incrementales, con la construcción de los prototipos Mk I y Mk IV .
El tercer período (1991-hoy) comenzó con la introducción de un nuevo diseño de hélice de PIT conocido como el MK V . Se convirtió en el Mk VI , desarrollado para reproducir las pruebas de disparo único del Mk V, que caracterizan por completo el rendimiento del propulsor. Utiliza una bobina mejorada de construcción de tubo de cobre hueco y una válvula propulsora mejorada, pero es eléctricamente idéntica a la Mk V, utilizando los mismos condensadores e interruptores. [4] El Mk VII(principios de la década de 2000) tiene la misma geometría que Mk VI, pero está diseñado para alta frecuencia de pulso y disparo de larga duración con una bobina refrigerada por líquido, condensadores de mayor duración e interruptores de estado sólido rápidos y de alta potencia. El objetivo de Mk VII es demostrar hasta 50 pulsos por segundo a la eficiencia nominal y bit de impulso a 200 kW de potencia de entrada en un solo propulsor. El diseño del Mk VII es la base del NuPIT (PIT nuclear-eléctrico) más reciente . [2]
El PIT ha obtenido un rendimiento relativamente alto en el entorno de laboratorio, pero aún requiere avances adicionales en tecnología de conmutación y almacenamiento de energía antes de volverse práctico para aplicaciones espaciales de alta potencia, con la necesidad de una fuente de energía a bordo de base nuclear.
FARAD [ editar ]
FARAD , que significa acelerador de Faraday con descarga asistida por radiofrecuencia , es una alternativa de menor potencia al PIT que tiene potencial para operaciones espaciales utilizando las tecnologías actuales. [5] [6]
En el PIT, tanto la ionización como la aceleración del propulsor se realizan mediante el pulso de corriente de alto voltaje en la bobina de inducción, mientras que FARAD utiliza una descarga de RF inductiva separada para preionizar el propulsor antes de que sea acelerado por el pulso de corriente. Esta preionización permite que FARAD funcione con energías de descarga mucho más bajas que el PIT (100 julios por pulso frente a 4 kilojulios por pulso) y permite una reducción en el tamaño del propulsor. [7]
Referencias [ editar ]
- ^ Dailey, C. Lee; Lovberg, Ralph H. (julio de 1993). "El propulsor inductivo pulsado PIT MkV" . NASA CR 191155.
- ↑ a b Frisbee, Robert H .; Mikellides, Ioannis G. (julio de 2005). El propulsor inductivo pulsado nuclear-eléctrico (NuPIT): análisis de la misión de Prometheus (PDF) . 41a Conferencia y Exhibición Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE. Tucson, Arizona . Consultado el 4 de julio de 2017 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ Polzin, Kurt A. (junio de 2012). "Impulsor inductivo pulsado que utiliza la atmósfera marciana como propulsor" Conceptos y enfoques para la exploración de Marte. NASA.
- ^ Russell, Derrek; Dailey, C .; Goldstein, Wayne; Lovberg, Ralph; Poylio, James; Jackson, Bernard; Lovberg, Ralph H .; Dailey, C. Lee (septiembre de 2004). El propulsor inductivo pulsado PIT Mark VI . Espacio 2004 Conferencia y Exposición. San Diego. doi : 10.2514 / 6.2004-6054 .
- ^ Choueiri, Edgar Y .; Polzin, Kurt A. (julio de 2004). Aceleración de Faraday con descarga asistida por radiofrecuencia (FARAD) (PDF) . 40a Conferencia y Exhibición Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE. Fort Lauderdale, Florida. doi : 10.2514 / 6.2004-3940 .
- ^ Dankanich, John W .; Polzin, Kurt A. (julio de 2008). Evaluación de la misión del acelerador de Faraday con descarga asistida por radiofrecuencia (FARAD) (PDF) . 44a Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE. Hartford, CT. doi : 10.2514 / 6.2008-4517 .
- ^ Polzin, Kurt Alexander (junio de 2006). Acelerador de Faraday con descarga asistida por radiofrecuencia (FARAD) (PDF) (Ph.D.). Universidad de Princeton .
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