¿Cuál es una forma teórica en la que podemos usar electricidad pura para impulsar un cohete a la órbita?

Answer 1

En lugar de usar cualquier tipo de masa de reacción, uno puede usar ondas electromagnéticas puras que tienen impulso; el problema aquí es que la energía requerida es enorme, es decir, [matemática] 3 \ cdot 10 ^ 8 \ \ textrm {Watts} [/ math] para proporcionar [matemática] 1 \ \ textrm {Newton} [/ matemática] de propulsión. Demasiado, ya que aquí la energía que se usa tiene que “crear la masa de reacción equivalente” ([matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática]) que ya existe cuando se utilizan combustibles convencionales para cohetes. Por lo tanto, se deben encontrar alternativas.

Como otros ya mencionaron, se han propuesto varios sistemas eléctricos hasta ahora; consulte Lanzamiento espacial no cohete, por ejemplo. Algunos de ellos proporcionan una cantidad insuficiente de propulsión para llevar el “cohete” incluso al aire, mientras que otros son tecnológicamente exigentes. De todos modos, el problema principal es superar la resistencia al aire significativa en altitudes más bajas.

Sin embargo, uno podría usar algunas de estas técnicas si se establecieran en la atmósfera. Por ejemplo, se podría usar una variedad de globos estratosféricos a altitudes de 25 km o más donde la densidad del aire cae a 1/20 de lo normal. El “cohete” se levantaría lentamente de forma eléctrica, luego se aceleraría eléctricamente en una especie de cañón de riel a aproximadamente [matemáticas] 7.5 \ \ textrm {km / s} [/ matemáticas]. (Observación: más [matemáticas] 400+ \ \ textrm m / \ textrm s [/ matemáticas] de la rotación de la Tierra).

¿Es factible? Bueno, imagine que podemos proporcionar una aceleración constante de [matemáticas] 7.5 \ \ textrm G [/ matemáticas] ([matemáticas] 75 \ \ textrm m / \ textrm s ^ 2 [/ matemáticas]), de modo que se pueda alcanzar la velocidad final en 100 segundos La distancia recorrida es [matemática] en ^ 2/2 = v_ {final} ^ 2 / 2a [/ matemática], es decir, la línea de aceleración tendría unos 375 kilómetros de largo.

¿Cuánta energía se usaría? Por ejemplo, una carga útil de 1 tonelada aumentaría su energía cinética a [matemática] mv_ {final} ^ 2/2 [/ matemática], es decir, aproximadamente [matemática] 28 \ \ textrm {GJ} [/ matemática], sin tener en cuenta arrastre de aire y eficiencia del acelerador. Este número es bastante alto, significa que su fuente de energía tiene que proporcionar más de [matemática] 280 \ \ textrm {MW} [/ matemática] durante esta fase de aceleración. Muy alto, pero imagina que una célula solar puede generar [matemáticas] 280 \ \ textrm W / \ textrm m ^ 2 [/ matemáticas] o más a esa altitud, por lo que una matriz de células solares de [matemáticas] 375 \ \ textrm {km } \ times 3 \ \ textrm m [/ math] haría el trabajo. Durante la fase de aceleración, la fuerza de reacción en la estructura local sería como un peso de 7,5 toneladas, por lo tanto, nada especial. Realizable.

Además, para escapar de la atmósfera lo antes posible, la línea de lanzamiento tiene que estar algo inclinada hacia el espacio exterior mientras se tiene en cuenta la curvatura de la Tierra, etc. Para evitar incluso este entorno de baja presión, se podría establecer una tubería de lanzamiento aspirada. Observe aquí que no debería ser tan fuerte como si estuviera en la superficie ya que la diferencia de presión a esa altitud es solo 1/20 de lo normal. Además, se puede usar como un bloque de construcción básico que también conduce altas corrientes.

Incluso si este es el requisito mínimo, escenario simplificado, en mi opinión es bastante plausible, especialmente para cargas útiles no humanas que podrían sostener 30 G o más, reduciendo la línea de lanzamiento a menos de 100 km. Lo peor sería evitar tormentas a lo largo de toda su longitud y similares.

Answer 2

Como la luz ejerce presión, también puedes, teóricamente, simplemente montar una linterna en la parte trasera de la nave y propulsarla de esa manera. Entonces, en cierto modo, realmente no necesitas una masa de reacción.

Estrictamente hablando, E = mc ^ 2, por lo tanto, incluso si solo está disparando luz desde la parte posterior, necesita energía para hacerlo y la energía tiene masa. Especialmente en esta aplicación, ya que los requisitos de energía para que esto funcione son tan absurdos y poco prácticos (algo así como 300 Megavatios por Newton de empuje) que seguramente cualquier cosa que no sea una masa de división, fusión o aniquilación no lo llevará a ninguna parte.

En realidad, otra forma podría ser utilizar el campo magnético del cuerpo de los padres. Ejecute una corriente eléctrica a través de una correa y úsela para empujarse en el campo magnético de la Tierra, por ejemplo. Por supuesto, al final estás usando la Tierra como una masa de reacción, por lo que no es la electricidad “pura” la que proporciona la propulsión.

Answer 3

¿Estás pensando en el concepto de cañón de riel? Creo que lo he visto utilizado experimentalmente como ayuda para un cohete químico, solo para proporcionar una gran velocidad inicial y reducir la cantidad de combustible necesario a bordo para llegar a la órbita.

Pero imagina si el cañón de riel fuera la única propulsión. Para mantener la órbita necesitas 17,500 mph. El transbordador espacial necesitó 8 minutos para alcanzar esa velocidad, y los astronautas experimentaron fuerzas de 3 g la mayor parte del tiempo. Imagine una pistola de riel tendida en el lado del monte. Everest, quizás 5 millas de largo. El cohete sin cohete necesitaría 180 g (usando la velocidad de la ecuación es igual a la raíz cuadrada de 2 gh, donde h es de 5 millas). El tiempo sería de 17 segundos usando t = sqrt (2h / g). Estoy seguro de que 180 g te matarán incluso por un breve momento (según Mythbusters). Además, una vez que deje el cañón del riel a 29,029 pies, ¡la resistencia al viento ya lo habrá quemado! Entonces … eso no es posible para el lanzamiento.

Answer 4

El problema fundamental es que un cohete debe hacer una masa de reacción (la salida exacta del tubo de escape). Un cohete eléctrico híbrido solo puede acelerar el aire, tal vez un tercio del camino (hasta que la atmósfera se vuelva demasiado delgada), pero con la tecnología actual sería demasiado pesado.

Las otras soluciones como un enorme cañón de riel enorme, un elevador espacial, una propulsión láser terrestre, … Con las que ya no tienes propulsión de cohete. Así que hay formas teóricas de poner una carga útil en órbita terrestre baja con electricidad, pero ya no tienes un cohete.

Pero todas esas ideas requieren materiales y / o técnicas de construcción que están totalmente fuera de nuestros medios técnicos.

Answer 5

Hacer un cañón de riel lo suficientemente potente como para disparar cualquier cosa a velocidad orbital sería extremadamente difícil, debido a las características inherentes de los objetos que viajan a velocidad orbital al nivel del mar para vaporizarse . Impulsar eléctricamente un cohete en órbita es una imposibilidad tecnológica hoy en día. Es mucho más eficiente y económico usar cohetes químicos.

Answer 6

Comenzaré enfatizando que no soy un experto aquí.

Para impulsar un objeto en el espacio, realmente necesitas una masa de reacción y la electricidad pura no te da eso. Lo más cerca que hemos llegado es la misión Dawn a Vesta y Ceres que usa propulsión iónica. Si desea saber cómo funciona, esta es una explicación detallada.

http://www.nasa.gov/centers/glen …

Answer 7

La única forma que conocemos ahora para que una nave espacial alcance la órbita terrestre es mediante el uso de fuerza bruta pura no adulterada en forma de cohetes químicos. Un método para hacer esto usando solo electricidad es actualmente imposible.

La única forma de hacer algo similar indirectamente es a través de los motores eléctricos del elevador que serían necesarios para alimentar un automóvil elevador hasta la órbita geosíncrona utilizando un cable de elevador espacial. Esto se ha previsto durante muchos años y ha tenido una cantidad muy limitada de fondos para estudiarlo, pero tiene muchos problemas involucrados, creo que lo hace viable en el corto a mediano plazo <50 años.

Answer 8

LightCraft, utilizan un láser disparado desde el suelo para propulsar una nave espacial de forma especial que tiene un espejo en la parte inferior, el espejo refleja la luz a un punto debajo de la nave, el aire donde se dirige el láser se ioniza de la energía, luego explota, empujando la nave de una manera que es algo así como la propulsión de pulso nuclear.

Answer 9

La unidad EM utiliza electricidad pura para generar empuje utilizando microondas y una física cuántica poco conocida. No requiere absolutamente ninguna masa de reacción y el empuje aumenta con la cantidad de energía que bombea. Ha pasado por múltiples rondas de pruebas en la NASA y otras instalaciones y hasta ahora no se ha demostrado que sea un engaño. El siguiente paso es lanzarlo al espacio para probarlo en un vacío real. Muchas personas son de mente cerrada y no están dispuestas a aceptar que nuevos descubrimientos sean posibles, incluso si van en contra de las teorías de la época actualmente aceptadas.

Answer 10

No creo que sea posible usar “electricidad pura” para impulsar un cohete a la órbita. Lo más cercano que se me ocurre es usar electricidad para calentar el aire al plasma y luego usar electroimanes para expulsar el plasma de la cámara, produciendo empuje. Este es el concepto básico detrás de VASIMR

Answer 11

Un propulsor iónico es una forma de propulsión eléctrica utilizada para propulsión de naves espaciales que crea empuje al acelerar los iones con electricidad.

Answer 12

Reúna agua con bombas, electrolícela y luego úsela como combustible para cohetes.

O reúna aire con los ventiladores y use un motor de iones.