¿Se podría usar un electroimán para elevar el apogeo de un satélite que orbita la Tierra?

Supongamos que tenemos un satélite que orbita la Tierra en una órbita elíptica, que tiene un electroimán en su interior. A medida que el satélite pasa de su apogeo a su perigeo (es decir, pierde altitud), enciende el electroimán. Esto atrae el campo magnético de la Tierra, acelerando el satélite hacia abajo. Luego, una vez que pasa el perigeo y comienza a subir nuevamente, apaga el electroimán. ¿Podría usarse esto para elevar el apogeo del satélite?

En caso afirmativo, ¿podría usarse también esta idea para circularizar posteriormente la órbita?

¿No hubo algún experimento de transbordador en el que liberaron una gran esfera de metal de la bahía de carga útil y la soltaron con una correa súper larga? Creo que la idea era generar electricidad a costa de la velocidad y viceversa. Por lo que recuerdo, falló dos veces debido a la correa y se desechó. No estoy seguro si es el mismo principal o si incluso es aplicable, pero podría ser de interés.
@ReubenFarley-Hall: Creo que te refieres a las misiones TSS-1 y TSS-1R .
Incluso si de alguna manera pudiera generar suficiente fuerza, ¿no se calentaría un electroimán si funciona durante mucho tiempo? Y como la única forma práctica de disipar el calor es por radiación (que es lenta y requiere un gran disipador de calor), ¿no correría el riesgo de sobrecalentarse?
Esta técnica, como se describe, lograría un cambio de actitud y esto es exactamente lo que se hace con un magnetorquer que se usa en muchos satélites como un actuador crudo, vea la respuesta del usuario_1818839, +1 allí. Para cambios de órbita, vea la respuesta de DrMcCleod, +1 allí también.

Respuestas (4)

Es posible que desee echar un vistazo a las ataduras electromagnéticas . Una nave espacial que se mueve a través de un campo magnético (como el de la Tierra) puede desplegar un cable de arrastre largo y hacer pasar una corriente a través de él. Esto proporcionará una fuerza electromotriz al cable (y la nave) que se puede utilizar para subir o bajar la órbita. No es exactamente lo mismo que su idea, pero es un sistema práctico relacionado.

¿Puede explicar por qué no es lo mismo que lo que sugerí? Tengo entendido que el cable funciona en modo de "propulsión" por el campo magnético de la corriente en el cable que interactúa con el campo de la Tierra (que es lo que hace un electroimán). ¿Quizás podría ampliar el funcionamiento de la correa EM?
@DrakeP esa es una gran pregunta. Su pregunta comienza "tenemos un satélite... que tiene un electroimán en su interior". La atadura es mucho más larga de lo que podría ser un satélite, y es un conductor delgado, flexible y sinuoso en lugar de una estructura de satélite rígida. Esa podría ser la única diferencia, pero al menos desde un punto de vista práctico, aunque está bastante relacionado, definitivamente no es "lo mismo que" lo que sugirió.
@DrakeP Por cierto, creo: "¿Se pueden usar ataduras electromagnéticas para elevar y/o circularizar órbitas terrestres bajas? ¿También pueden realizar maniobras orbitales estándar?" ¡Sería una fantástica nueva pregunta de seguimiento!

La fuerza sobre el electroimán estará dada por su momento magnético multiplicado por el gradiente del campo magnético de la Tierra . Un electroimán grande puede tener un momento magnético del orden de 10 + 6 A metro pag ⋅ metro mi t mi r 2 . El campo de la Tierra es del orden de 10 − 4 T mi s yo a y, en un radio orbital de digamos 10 + 7 metro mi t mi r s , el gradiente de campo será algo así como 10 − 4 / 10 + 7 = 10 − 11 T mi s yo a / metro . El producto de estas dos cantidades es del orden de 10 − 5 norte mi w t o norte s . Por lo tanto, es difícil obtener suficiente fuerza para ser útil.

Todavía vale la pena considerar 1e-5 N, porque no gasta nada.
@fraxinus, no, no lo es. 1) Las fuerzas naturales sobre el satélite superarán con creces la fuerza magnética. (La presión solar es 1 ejemplo). 2) Los requisitos adicionales de masa, complejidad y potencia del electroimán reducirían el rendimiento/vida útil del satélite. Recuerde: la masa es cara de lanzar. La masa y el poder se gastarían mejor en otro lugar. Buena idea, sin embargo.
El campo fuera de la bobina cancelará casi por completo el efecto, por lo que la fuerza real es aún menor.
@jpa force es el vector de momento magnético punteado con el vector de gradiente de campo. El momento magnético viene dado por los tiempos actuales del área que encierra. No importa dónde o cómo se cierran las líneas de flujo.
@RogerWood Ah, hmm, parece que no entendí bien tu cálculo al principio.
Cuando se escriben las unidades del SI, se escriben en minúsculas: debe ser amperio, tesla, newton.
@Nayuki gracias. Yo no estaba al tanto de eso.
¿Cuál podría ser el momento magnético de una atadura electromagnética como la que describe DrMcCleod?
Las ataduras @Drake P Space funcionan con un principio diferente y funcionan incluso si no hay un gradiente de campo. La corriente circula a lo largo de la correa y regresa por conducción iónica a través del vacío. La cuerda está sujeta a la fuerza de Lorentz. La fuerza sobre la correa se transmite a la nave espacial. Los iones están sujetos a fuerzas complementarias que los desvían, pero estas fuerzas no se transmiten a la nave espacial.

Los electroimanes que tiran contra el campo magnético de la Tierra se utilizan para la tarea (de energía mucho menor) de orientar los satélites, apuntándolos en la dirección correcta. Esto se llama magnetorquer .

Como sugiere otra respuesta, no será fácil obtener un delta-V sustancial de esa manera.

La idea más simple de encender y apagar un pequeño electroimán no funciona. Un electroimán tiene un campo tanto dentro como fuera de la bobina:

(Fuente de la imagen: P. Sumanth Naik / Wikipedia )

El campo fuera de la bobina tiene el mismo flujo que el campo interior: simplemente se divide en un área más grande. Esto es cierto para todos los tipos de imanes, excepto los hipotéticos monopolos magnéticos .

Con imanes de tamaño similar que están cerca uno del otro, los campos exteriores son lo suficientemente anchos y débiles como para que su efecto comparativo sea pequeño:

(Fuente de la imagen: Geek3 / Wikipedia )

Debido a que el campo magnético de la Tierra es tan grande, es esencialmente homogéneo en la vecindad de un pequeño electroimán. Por lo tanto, el campo exterior cancelará casi por completo cualquier fuerza lineal producida por el campo interior. Esto puede sonar un poco sorprendente, pero se aplica en general: los campos magnéticos uniformes no generan fuerzas lineales . Solo queda el par magnético causado por el momento dipolar.

En las ataduras electromagnéticas, la fuerza lineal se genera mediante fuerzas electrostáticas, mientras que el voltaje requerido se genera magnéticamente.

¿Se podría usar un electroimán para elevar el apogeo de un satélite que orbita la Tierra?
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