¿Podría una nave espacial ser propulsada por la desviación de un número muy alto de partículas cargadas?

Me pregunto si una nave espacial podría ser propulsada a través del espacio interplanetario a través de la desviación y/o el desplazamiento de una gran cantidad de partículas cargadas contenidas en el viento solar del Sol.

El principio de funcionamiento de esta idea de propulsión es colocar un motor eléctrico con dos "hélices" en la parte trasera de una nave espacial. Digamos que cada hélice mide 10 pies de largo. Un fuerte imán permanente, como un imán de neodimio N52 cúbico de 2 pulgadas, se colocaría en la punta de cada hélice. El motor giraría a 1 rps/60 rpm. Durante cada revolución del eje del motor, cada imán viajará una distancia de 754 pulgadas. Dado que cada imán de 2 pulgadas tiene un volumen de 8 pulgadas cúbicas, cada imán pasará a través de un volumen de espacio equivalente a 3016 pulgadas cúbicas durante cada revolución del eje del motor. 3016 pulgadas cúbicas = 49423,39 centímetros cúbicos. La densidad de las partículas cargadas en el viento solar del Sol es de 5 partículas cargadas por cm3 por segundo a 1 UA.

Entonces, durante cada revolución del eje del motor, cada imán debe desviarse y/o desplazar 247,117 partículas cargadas que ocupan ese volumen particular de espacio. Dado que cada acción tiene una reacción igual y opuesta, la desviación de las partículas cargadas debería hacer que cada imán se mueva en dirección opuesta a la desviación de las partículas cargadas, empujando así los imanes lejos del Sol. Los protones deberían fluir alrededor de un lado de los imanes y los electrones deberían fluir alrededor del otro lado de los imanes, tal como lo hacen cuando giran alrededor del campo magnético de la Tierra.

Además, sospecho que el fuerte campo magnético que rodea cada imán de neodimio cúbico de 2 pulgadas probablemente interactuará con partículas cargadas a una distancia de hasta un pie de cada imán en todas las direcciones. Si considera que las partículas cargadas pueden verse afectadas por un campo magnético del tamaño de una pelota de baloncesto, por ejemplo, y que el volumen de una pelota de baloncesto es de 455,9 pulgadas cúbicas/7471 centímetros cúbicos, entonces cada imán debería desviar muchas más partículas cargadas durante cada movimiento. revolución del eje del motor y el empuje generado debe ser mayor.

Te preguntaría cómo evitas que tu nave espacial gire. Pero la multiplicación de volumen no funciona: si el imán no está allí cuando llega la partícula, no interactúa.
@JCRM, hay dos formas de evitar que la nave espacial gire. La primera forma es usar una hélice que gira en sentido contrario con el mismo número de imanes. La segunda forma es usar pesos mosca que giran en sentido contrario.
@Hobbes, estoy de acuerdo contigo en que 5 partículas cargadas por cm3 por segundo es demasiado bajo para hacer algo y esto es lo que me llevó a pensar en esta idea. Pasar de 5 partículas cargadas por segundo a 247 117 (y más) partículas cargadas por segundo es mucho más ideal.

Respuestas (1)

Lo que estás describiendo es básicamente una permutación del concepto básico de una vela magnética . Necesita una vela mucho más grande para obtener un empuje útil, pero puede ser solo un bucle de superconductor que transporta una corriente.

Para ver que la vela necesita ser más grande, escojamos un número del aire y supongamos que sus imanes podrían de alguna manera "empujar" 1 millón de protones por segundo. La velocidad media del viento solar es de 145 km/s, así que supongamos que podemos "reflejar" esas partículas y enviarlas de vuelta hacia el Sol a la misma velocidad. Entonces tenemos un cambio de velocidad de 300 km/s en 1 millón de masas de protones por segundo. Esto equivale a una fuerza sobre la nave espacial de 5 × 10 dieciséis norte suficiente para acelerar el imán de neodimio (asumiendo que el resto de la nave espacial no tiene masa) a aproximadamente 5 × 10 17 gravedades. Se necesitarían algo más de mil millones de años para recorrer un metro. El problema es que los protones son increíblemente pequeños. Para llegar a cualquier parte necesitas acelerar mucho más (de ahí las enormes velas magnéticas) o acelerarlas cerca de la velocidad de la luz.

El uso de la rotación de imanes permanentes es un giro (juego de palabras) en el ciclo del diseño actual. Tres o más imanes permanentes espaciados alrededor de un círculo pero que no giran pueden hacer lo mismo que un par giratorio, no estoy seguro de cuál sería el propósito de la rotación.

No debe confundirse con vela eléctrica o vela de fotones .

Una vela magnética o magsail es un método propuesto de propulsión de naves espaciales que utilizaría un campo magnético estático para desviar partículas cargadas radiadas por el Sol como un viento de plasma y, por lo tanto, impartir impulso para acelerar la nave espacial. Una vela magnética también podría empujar directamente contra las magnetosferas planetarias y solares.

Personalmente, creo que muchas de las ideas de velas magnéticas propuestas y de velas solares propuestas son demasiado grandes y serían demasiado costosas de construir, implementar y reparar. Creo que el diseño de mi vela magnética sería fácil de construir, implementar y mantener/reparar. Además, costaría mucho menos construirlo.
La forma en que lo veo es que cuando una partícula cargada proveniente del Sol ingresa al campo magnético del imán, comenzará a curvarse alejándose del imán. Se curvará más cuanto más se acerque al imán y se producirá una transferencia de energía cinética durante este tiempo. La partícula cargada se alejará del imán en una nueva trayectoria. Además, estoy pensando que a medida que las partículas cargadas son curvadas por el imán a medida que avanza, chocarán con otras partículas cargadas y la densidad de las partículas cargadas aumentará, tal vez creando un arco de choque.
Hay algo que me gustaría señalar. En mi descripción de mi idea, solo usé un imán en cada hélice, pero la configuración más ideal sería usar varios imanes permanentes en cada hélice. Por ejemplo, cada hélice podría extenderse hasta 20 pies y se podría colocar un imán permanente de neodimio N52 cúbico de 2 pulgadas a lo largo de la hélice cada dos pies, por lo que habría cinco imanes en cada hélice. El imán colocado en la punta de esta hélice de 20 pies viajaría una distancia de 1508 pulgadas por segundo, y el número de partículas cargadas desviadas por segundo aumenta considerablemente.
Una cosa más... Estoy pensando que el imán y su campo magnético también pueden desviarse y/o ser impactados por otros elementos en el viento solar, como núcleos atómicos como helio/partículas alfa, junto con rastros de 'iones pesados' y núcleos atómicos de carbono, nitrógeno, oxígeno, neón y magnesio. La interacción con estos elementos probablemente afectaría el impulso general que se crearía.
Obviamente podría haber más imanes, pero eso significa más masa. Los núcleos más pesados ​​agregarían un poco, pero la mayor parte del viento solar son protones. Sin embargo, ninguno de estos efectos aumentará el impulso por el factor de un millón de millones que necesita.