Magnetfältsoscillerande förstärkt thruster

Magnetfältsoscillerande förstärkare ( MOA ; ofta kallad plasmamotor av media) är ett mångsidigt elektrotermodynamiskt system, som kan accelerera nästan varje elektriskt laddat gasformigt medium ( plasmaapplikation ) till extremt höga hastigheter, och därigenom generera en högenergisk plasma stråle i avgaserna och även elektriskt ledande vätskor (hydrodynamisk tillämpning) i allmänhet.

För att göra det använder MOA en så kallad Alfvén-våg , en fysikalisk princip inom magnetohydrodynamik som beskrevs först 1942 av den senare Nobelpristagaren Hannes Alfvén och som säger att fluktuerande magnetfält kan inducera densitetsvågor i elektriskt ledande media (t.ex. plasma , saltvatten, etc.). Dessa densitetsvågor kan nå mycket höga hastigheter och när partiklarna inuti mediet kopplas till dem, accelereras partiklarna även till mycket höga hastigheter, och når följaktligen mycket höga kinetiska energier.

På grund av uppvärmningsmekanismen baserad på adiabatisk kompression , skiljer sig MOA fundamentalt från andra elektrotermiska thrusters , särskilt från den magnetoplasmadynamic eller MPD thruster som den ibland jämförs med med den samlade termen av en plasmamotor.

Användningsområden

På grund av de höga avgashastigheterna och den tillhörande höga specifika impulsen och/eller den höga partikelenergin, uppstår två främsta användningsområden: rymdfärd och beläggning av särskilda material. För rymdflygsfallet leder den höga specifika impulsen till en relevant minskning av drivmedelsförbrukningen (upp till 90 %) när man jämför MOA med nuvarande toppmoderna jonmotorer . För beläggningsfallet leder den höga kinetiska energin hos avgaspartiklarna till ett högt penetrationsdjup i målmaterialet. Detta möjliggör till exempel att härda stål, aluminium och andra metaller, men också att förändra materialegenskaperna hos glas och plast.

En ytterligare fördel med MOA-konceptet är dess korrosionsfria beteende, vilket leder till en lång livslängd på systemet. Samma magnetfält som genererar Alfvén-vågorna hindrar högenergipartiklar från att träffa thrusterns vägg eller någon annan av MOA:s strukturella komponenter, och undviker därför partikelinducerad skada nästan i sig.

Installation av MOA-systemet

Avfyring av MOA Thruster inuti en vakuumkammare

Plasmaapplikation

I princip är MOA-propellern sammansatt av fem delsystem:

Plasmagenerator,
Centralt rör,
Primär spole,
Sekundär spole,
Försörjnings- och styrenheter.

Plasmageneratorn producerar ett kontinuerligt flöde av joniserade partiklar , som driver inuti det centrala röret mot det magnetiska avgasmunstycket. Dessa partiklar kan till exempel vara kväve- eller vätemolekyler , såväl som ädelgaser som argon eller xenon eller andra gaser. Eftersom partiklarna joniseras reagerar de på de två magnetfälten, som genereras av primär- och sekundärspolen . Av dessa två är primärspolen permanent påslagen eftersom den också bildar det magnetiska avgasmunstycket, medan sekundärspolen slås på och av cykliskt för att deformera systemets magnetfältslinjer. Genom denna deformation genereras Alfvén-vågor som – i nästa steg – transporterar, komprimerar och accelererar det framdrivande mediet till specifika fördefinierade parametrar. Slutligen tillförsel- och styrenheterna till att MOA-propellern fungerar inom de förväntade parametrarna.

Eftersom konceptet kräver en plasmagenerator för att producera de joniserade partiklarna kan MOA i princip beskrivas som ett elektriskt framdrivningssystem, liknande en jonmotor. Men på grund av interaktionen mellan magnetfälten komprimeras partiklarna lika bra och värms upp adiabatiskt, vilket förvandlar hela systemet till ett elektrotermodynamiskt system . Kombinationen av elektriska och termodynamiska principer leder också till en förening av respektive fördelar. Som sådan har MOA å ena sidan den höga effektiviteten hos de elektriska framdrivningssystemen och å andra sidan förmågan att accelerera ett stort antal partiklar – precis som ett termiskt system – och därmed uppnå en relativt hög dragkraft vid en hög specifik impuls. Kombinationen av hög partikelenergi/avgashastighet och relativt hög dragkraft i denna form är ett nytt förslag. Den höga flexibiliteten att ändra dragkraft och specifik impuls under flygning genom att anpassa massflöde och strömförbrukning är för tillfället en unik egenskap som tillhandahålls av detta nya thrusterkoncept.

Hydrodynamisk tillämpning

I den hydrodynamiska applikationen skiljer sig MOA främst genom att plasmakällan inte längre behövs. Grundläggande för dess funktion är stödet med en elektriskt ledande vätska eller en elektrolyt tillgänglig från en tank eller en miljöreservoar (salt havsvatten, etc.).

Historik och aktuell status

MOA uppfanns och definierades ursprungligen av Manfred Hettmer 1982. Han utvecklade också systemet från en teoretisk modell till en praktisk enhet efter att ha nått en grundläggande nivå av egen finansiering genom sitt entreprenörskap inom IT-branschen. I det första logiska steget 1998 började han koda en datorsimulering och byggde en modell för att definiera komponenter och funktioner 1999 (först utan plasmakälla). Genom att etablera professionella kontakter kunde Hettmer också sätta ihop ett litet team. De första testerna med en funktionell breadboard-modell utfördes i ett laboratorium vid LRT (Institute of Astronautics) vid Münchens tekniska universitet i Garching . En första patentansökan lämnades in 2003.

I ett expertutlåtande av Horst Loeb (vinnare av Stuhlinger-medaljen 2005) vid Justus-Liebig-University Gießen , bekräftades MOA-konceptet också på grundval av det tekniska konceptet och simuleringsdata som skapats av Hettmer.

Äntligen kunde ett laboratorium vid det tekniska universitetet i Graz användas för ytterligare tester. På Institutet för kommunikationsnätverk och satellitkommunikation fortsatte testkampanjen och visade på genomförbarheten av MOA-konceptet. De erhållna resultaten presenterades vid den internationella astronautiska kongressen i Fukuoka , Japan, den 21 oktober 2005. En artikel skriven av Hettmer publicerades i en tidskrift i Tyskland 2006.

Det dedikerade företaget QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH (österrikiskt företagsregister HG Wien FN 268333h ) grundat av Hettmer 2003 hade bildats för att vidareutveckla MOA-tekniken och för att testa potentiella markbaserade applikationer, både för rymdfärd, inom området beläggning och andra områden. Sommaren 2005 har MOA-prototypen nått TRL 5 ( teknologisk beredskapsnivå ) efter att komponenten och/eller breadboarden har validerats i en relevant miljö .

Efter att QASAR Technologieentwicklung Ges.mbH stängdes i början av 2009 på grund av interna svårigheter med aktieägare och investerare, fortsatte Hettmer projektet i stort sett med egna medel inom givna möjligheter. Implementeringen av en kommersiell applikation är planerad.

Se även

Framdrivning av rymdfarkoster

^ " Raumfahrt Concret " 2/2006

externa länkar

[1] " Raumfahrt Concret " 2/2006