¿Motores de ciclotrón como medio de empuje para viajes interplanetarios?

¿Qué tan factible es usar un ciclotrón de esta manera para la propulsión espacial?

Inyectar pequeñas cantidades (alícuotas) de materia ionizada en el ciclotrón a algún múltiplo entero alto n de la frecuencia del ciclotrón ω = q B / metro de modo que haya n alícuotas en cada radio en el ciclotrón. Dado que el tiempo que lleva completar una revolución es el mismo para todas estas alícuotas, se podría usar la frecuencia 2 norte ω del campo eléctrico alterno para acelerar todas estas alícuotas de forma síncrona. Esto daría esencialmente una corriente continua de plasma o material de muy alta velocidad para acelerar la nave espacial. Por supuesto, las alícuotas podrían moverse a velocidades relativistas que afectarían la frecuencia del ciclotrón por γ . Pero se podría diseñar un campo magnético que se haga más fuerte a medida que aumenta el radio, especialmente hacia las partes exteriores donde los efectos relativistas serían más prominentes. También habría repulsiones electrostáticas entre alícuotas que habría que tener en cuenta. La nave espacial probablemente necesitaría una fuente de energía nuclear. ¿Es esta una idea factible? ¿Ya se ha pensado en esto?

aaay tenemos una propulsión muy eficiente para una estación orbital en forma de toro, para mantenerla girando. El problema con los ciclotrones es que expulsan las partículas lejos del centro. Necesitaría dos, o uno que funcione con flujos bidireccionales, o alguna forma de girar el flujo 90 grados. Además de los requisitos de energía y masa. Hasta ahora solo usamos aceleradores lineales, también conocidos como motores iónicos.
No, solo necesita instalarlo con su línea de empuje atravesando el CoG. Terminas con una asimetría (el ciclotrón completo en un lado de la nave), pero si la nave es lo suficientemente grande, puedes instalar suficiente masa en el otro lado para equilibrar las cosas.
@Hobbes: No será suficiente. La fuerza de propulsión en este caso no se aplica en el momento que el propulsor sale de la tobera, en el punto de la tobera - se aplica a lo largo de toda la ruta de aceleración, tangente a la trayectoria de aceleración en todos sus puntos - en este caso generando una torque genuino con el centro en el medio del ciclotrón, completamente independientemente de qué y dónde se une a su circunferencia. Incluso mi sugerencia ("gire la corriente 90 grados") no sería suficiente.
Ah, ahora veo lo que quieres decir.
Esto funcionaría muy bien para algo que viviera al ritmo de los continentes. El ISP (suponiendo energía solar) sería fenomenal. Sin embargo, el tiempo de vuelo también sería fenomenal.

Respuestas (3)

Un ciclotrón es un tipo de motor iónico . Los ciclotrones (en el sentido clásico de la palabra) no se han utilizado porque tienen una relación potencia-peso muy baja (toneladas de imán para acelerar pequeñas cantidades de materia).

Hay motores de iones que utilizan el principio de resonancia de ciclotrón de electrones ; estos utilizan el principio del ciclotrón a pequeña escala para crear iones que luego se aceleran en un acelerador lineal.

Ciertamente puedes construir una forma de propulsor de iones de esta manera. También necesitará una fuente de electrones (como un cátodo caliente simple o dispositivos más sofisticados) para emitir una cantidad igual de electrones que iones (suponiendo que use iones positivos) para evitar acumular una carga.

Este tipo de motor se prestará a un Isp extremadamente alto, muchas veces más alto que la mayoría de los motores de iones existentes actualmente, y usará (proporcionalmente) cantidades muy grandes de energía eléctrica mientras genera un empuje muy, muy bajo. Podría decirse que está lo suficientemente "superado" (en el sentido de Isp) como para ser ineficiente a menos que pueda combinarse con una densidad de potencia extremadamente alta y una fuente de energía liviana: paneles solares y reactores nucleares existentes, o aquellos que podríamos construir factiblemente con extrapolación plausible. tecnología del futuro, realmente no se ajustan a los requisitos.

Expulsar las partículas a velocidades relativistas, en un desacelerador magnético para generar un vector de fuerza en la dirección opuesta. La materia a esa velocidad aumentará en masa, hasta el infinito en realidad, por lo que una pequeña partícula podría tener una fuerza sustancial a través del ciclo de desaceleración, en relación con la entrada de energía. Selle toda la unidad, luego mueva las partículas de regreso al ciclotrón a menor masa/velocidad para reciclarlas en el proceso.

El efecto neto sería partículas a muy alta velocidad y masa moviéndose en una dirección durante un período de tiempo, luego retrocediendo la misma distancia, a baja velocidad, en la dirección opuesta hacia el ciclotrón para reacelerar con una fuerza neta 0 hasta que entren. el campo de desaceleración de nuevo. Eventualmente, las partículas se agotarían y luego se reutilizarían de manera pulsante, una y otra vez para siempre. Un dispositivo autónomo de generación de fuerza que podría acelerar grandes masas a velocidades relativistas sin entrada o pérdida de materia, solo energía, aprovechando la capacidad de la materia para aumentar su masa a medida que acelera.

Para superar los efectos del torque, simplemente úselo para contrarrestar la rotación de los ciclotrones, varíe las partículas de cada uno al principio después de cada ciclo de pulso para corregir cualquier desequilibrio. Incluso se podrían usar cuatro ciclotrones, dos contrarrotantes en el eje y y dos en el eje x para controlar el cabeceo, la guiñada y el alabeo. Seis en tres ejes le darían la capacidad de moverse en cualquier dirección, si los ciclos de pulso lo permiten.

La fuerza ejercida al acelerar las partículas será igual a la fuerza ejercida al desacelerar las partículas. Cuando ambas acciones suceden a bordo de la nave espacial, la fuerza neta es 0.
@Hobbes tiene razón, aunque posiblemente el aumento de la gravedad de las influencias externas que experimentan las partículas con una masa más alta le permitiría hacer un impulso sin masa de reacción "bombeando" efectivamente esa gravedad. Desafortunadamente, calculé los números hace algún tiempo, y parece que es muy poco práctico hacerlo tan eficiente en energía como una simple unidad de fotones, por lo que es esencialmente inútil.
Esta respuesta hace uso de la física "mágica" (imposible). Peor que no contribuir, desinforma activamente.
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