विद्युतचुंबकीय प्रणोदन कैसे कार्य करेगा

दशकों से, अंतरिक्ष यात्रा का एकमात्र साधन रॉकेट इंजन रहे हैं जो रासायनिक प्रणोदन से निकलते हैं। अब, २१वीं सदी की शुरुआत में, एयरोस्पेस इंजीनियर हमें सितारों तक ले जाने के लिए नए तरीके ईजाद कर रहे हैं , जिसमें प्रकाश प्रणोदन , परमाणु-संलयन प्रणोदन और एंटीमैटर प्रणोदन शामिल हैं। एक नए प्रकार के अंतरिक्ष यान का भी प्रस्ताव किया जा रहा है जिसमें किसी भी प्रणोदक की कमी है। इस प्रकार का अंतरिक्ष यान, जिसे विद्युत चुम्बकों द्वारा अंतरिक्ष में झटका दिया जाएगा , हमें इनमें से किसी भी अन्य तरीके से आगे ले जा सकता है।

जब बेहद कम तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो विद्युत चुम्बक एक असामान्य व्यवहार प्रदर्शित करते हैं: बिजली के लागू होने के बाद पहले कुछ नैनोसेकंड के लिए, वे कंपन करते हैं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग के उच्च ऊर्जा और परमाणु भौतिकी कार्यालय के एक कार्यक्रम प्रबंधक डेविड गुडविन का प्रस्ताव है कि यदि इस कंपन को एक दिशा में समाहित किया जा सकता है, तो यह अंतरिक्ष यान को किसी भी अन्य की तुलना में अंतरिक्ष में आगे और तेज़ी से भेजने के लिए पर्याप्त झटका प्रदान कर सकता है। विकास में प्रणोदन विधि।

गुडविन को 8 जुलाई 2001 को साल्ट लेक सिटी, यूटा में एक संयुक्त प्रणोदन सम्मेलन में अपना विचार प्रस्तुत करने के लिए आमंत्रित किया गया था। हाउ स्टफ विल वर्क के इस संस्करण में , आपको यह देखने को मिलेगा कि गुडविन का इलेक्ट्रोमैग्नेटिक प्रोपल्शन सिस्टम कैसे काम करता है और यह अंतरिक्ष यान को अंतरिक्ष में कैसे भेज सकता है।

अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) आमतौर पर नासा के लिए प्रणोदन प्रणाली विकसित करने के व्यवसाय में नहीं है, लेकिन यह लगातार बेहतर सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट और बहुत तेज़, उच्च-शक्ति वाले सॉलिड-स्टेट स्विच पर काम कर रहा है । 1990 के दशक के मध्य में, गुडविन ने नासा के ब्रेकथ्रू प्रोपल्शन फिजिक्स प्रोजेक्ट के लिए एक सत्र की अध्यक्षता की , जो प्रणोदन प्रणाली को डिजाइन करने के लिए काम कर रहा है जिसमें कोई प्रणोदक नहीं है, बहुत उच्च ऊर्जा प्रणाली का उपयोग करता है और अंततः जड़ता को दूर कर सकता है।

"ऐसा लग रहा था कि इस तकनीक का उपयोग करने का कोई तरीका होना चाहिए कि [डीओई वैज्ञानिक] नासा को अपने लक्ष्यों को पूरा करने में मदद करने के लिए विकसित कर रहे थे, और यह मूल रूप से उसी से उभरा," गुडविन ने कहा। डीओई अनुसंधान से जो निकला वह अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणाली के लिए गुडविन का विचार था जो प्रति सेकंड 400,000 बार कंपन करने वाले सुपर-कूल्ड, सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग करता है। यदि इस तीव्र पल्स को एक दिशा में निर्देशित किया जा सकता है, तो यह प्रकाश की गति के 1 प्रतिशत के अंश के क्रम में गति प्राप्त करने की क्षमता के साथ एक बहुत ही कुशल अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणाली बना सकता है ।

एक इलेक्ट्रोमैग्नेट के पहले १०० नैनोसेकंड (एक सेकंड के अरबवें हिस्से) के दौरान, विद्युत चुंबक एक स्थिर स्थिति में होता है जो इसे बहुत तेजी से स्पंदित करने की अनुमति देता है। इसके तेज होने के बाद, चुंबकीय क्षेत्र स्थिर अवस्था में पहुंच जाता है और कोई स्पंदन नहीं होता है। गुडविन उस विद्युत चुम्बक का वर्णन करता है जिसका उपयोग वह एक सोलनॉइड के रूप में कर रहा है , जो मूल रूप से एक धातु सिलेंडर के चारों ओर लिपटे एक अतिचालक चुंबकीय तार है। पूरे ढांचे का व्यास 1 फुट (30.5 सेंटीमीटर), ऊंचाई 3 फीट (91.4 सेंटीमीटर) और वजन 55.12 पाउंड (25 किलोग्राम) होगा। इस प्रणोदन प्रणाली के लिए प्रयुक्त तार एक नाइओबियम-टिन मिश्र धातु है । इनमें से कई वायर स्ट्रैंड को केबल में लपेटा जाएगा। इस इलेक्ट्रोमैग्नेट को तब लिक्विड हीलियम से 4 डिग्री केल्विन (-452.47 F/-269.15 C) तक सुपर-कूल्ड किया जाता है।

चुंबक को कंपन करने के लिए, आपको चुंबकीय क्षेत्र में एक विषमता पैदा करने की आवश्यकता है। गुडविन ने कंपन आंदोलन को बढ़ाने के लिए जानबूझकर एक धातु प्लेट को चुंबकीय क्षेत्र में पेश करने की योजना बनाई है । यह प्लेट या तो तांबे, एल्यूमीनियम या लोहे से बनी होगी । एल्युमीनियम और तांबे की प्लेटें बेहतर चालक होती हैं और चुंबकीय क्षेत्र पर अधिक प्रभाव डालती हैं। विषमता पैदा करने के लिए प्लेट को चार्ज किया जाएगा और सिस्टम से अलग किया जाएगा । फिर चुंबक को विपरीत दिशा में दोलन करने की अनुमति देने से पहले प्लेट को कुछ माइक्रोसेकंड (एक सेकंड के लाखोंवें) में बिजली से निकाला जाएगा।

"अब, यहाँ पकड़ यह है, क्या हम इस गैर-स्थिर अवस्था का उपयोग इस तरह से कर सकते हैं कि यह केवल एक दिशा में चलती है?" गुडविन ने कहा। "और यहीं यह बहुत अनिश्चित है कि ऐसा किया जा सकता है। इसलिए हम इसका पता लगाने के लिए एक प्रयोग करना चाहेंगे।" बोइंग के सहयोग से गुडविन इस तरह का प्रयोग करने के लिए नासा से धन की मांग कर रहा है।

सिस्टम की कुंजी सॉलिड-स्टेट स्विच है जो बिजली की आपूर्ति से विद्युत चुंबक को भेजी जाने वाली बिजली का मध्यस्थता करेगा। यह स्विच मूल रूप से इलेक्ट्रोमैग्नेट को प्रति सेकंड 400,000 बार चालू और बंद करता है। एक सॉलिड-स्टेट स्विच एक बड़े कंप्यूटर चिप की तरह दिखता है - एक हॉकी पक के आकार के बारे में एक माइक्रोप्रोसेसर की कल्पना करें । इसका काम स्थिर-राज्य शक्ति लेना है और इसे 30 एएमपीएस और 9,000 वोल्ट पर प्रति सेकंड 400,000 बार बहुत तेज़, उच्च-शक्ति पल्स में परिवर्तित करना है।

अगले भाग में, आप सीखेंगे कि यह प्रणाली अपनी शक्ति कहाँ से प्राप्त करती है और यह हमारे सौर मंडल से परे भविष्य के अंतरिक्ष यान को कैसे भेज सकती है।

अमेरिकी ऊर्जा विभाग भी नासा के लिए एक परमाणु अंतरिक्ष रिएक्टर की योजना पर काम कर रहा है । गुडविन का मानना ​​​​है कि इस रिएक्टर का इस्तेमाल विद्युत चुम्बकीय-प्रणोदन प्रणाली को शक्ति देने के लिए किया जा सकता है। डीओई नासा से धन प्राप्त करने के लिए काम कर रहा है, और २००६ तक ३०० किलोवाट का रिएक्टर तैयार हो सकता है। रिएक्टर द्वारा उत्पन्न तापीय शक्ति को विद्युत शक्ति में परिवर्तित करने के लिए प्रणोदन प्रणाली को कॉन्फ़िगर किया जाएगा।

गुडविन ने कहा, " गहरे स्थान, मंगल और उससे आगे के लिए, यदि आप किसी भी द्रव्यमान को स्थानांतरित करने जा रहे हैं तो आपको परमाणु जाने की बहुत आवश्यकता है।"

रिएक्टर प्रेरित परमाणु विखंडन की प्रक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करेगा , जो परमाणुओं (जैसे यूरेनियम -235 परमाणु) को विभाजित करके ऊर्जा उत्पन्न करता है । जब एक परमाणु विभाजित होता है, तो यह बड़ी मात्रा में ऊष्मा और गामा विकिरण छोड़ता है । एक पौंड (0.45 किग्रा) अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम, जैसे कि एक परमाणु पनडुब्बी या परमाणु विमान वाहक को बिजली देने के लिए इस्तेमाल किया जाता है , लगभग 1 मिलियन गैलन (3.8 मिलियन लीटर) गैसोलीन के बराबर है। यूरेनियम का एक पाउंड केवल एक बेसबॉल के आकार के बारे में है, इसलिए यह एक अंतरिक्ष यान को लंबे समय तक उस पर ज्यादा जगह न लेते हुए शक्ति दे सकता है। इस तरह के परमाणु-संचालित, विद्युत चुम्बकीय रूप से चालित अंतरिक्ष यान अविश्वसनीय रूप से बड़ी दूरी तय करने में सक्षम होंगे।

परमाणु रिएक्टर से तापीय ऊर्जा को अंतरिक्ष यान को बिजली देने के लिए बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। यहां हम प्रेरित विखंडन के माध्यम से एक यूरेनियम-235 नाभिक को विभाजित करते हुए देखते हैं।

गुडविन ने कहा, "आप इसे निकटतम स्टार तक नहीं बना सके, लेकिन आप हेलीओपॉज़ के मिशन को देख सकते हैं।" "अगर यह बहुत अच्छी तरह से काम करता है, तो यह प्रकाश की गति के 1 प्रतिशत के अंश की गति से टकरा सकता है। उस पर भी, निकटतम तारे तक पहुंचने में सैकड़ों साल लगेंगे, जो अभी भी अव्यावहारिक है।"

हेलिओपौस बिंदु है जिस पर से सौर हवा है सूरज अन्य के द्वारा बनाई गई तारे के बीच सौर वायु को पूरा करती है सितारों । यह सूर्य से लगभग 200 खगोलीय इकाइयों (एयू) की दूरी पर स्थित है (हेलिओपॉज़ का सटीक स्थान अज्ञात है)। एक एयू सूर्य से पृथ्वी की औसत दूरी या लगभग 93 मिलियन मील (150 मिलियन किमी) के बराबर है। तुलना के लिए, प्लूटो सूर्य से 39.53 AU दूर है।

लोगों को स्थानांतरित करने के लिए, एक बहुत बड़ा उपकरण बनाना होगा, लेकिन 1 फुट व्यास, 3 फुट लंबा विद्युत चुम्बकीय छोटे, मानव रहित अंतरिक्ष यान को एक अंतरतारकीय जांच की तरह बहुत दूर तक धकेल सकता है। गुडविन के अनुसार, सिस्टम बहुत कुशल है, और यह एक सुपरकंडक्टर के माध्यम से बहुत अधिक शक्ति डालता है । सवाल यह है कि क्या वैज्ञानिक चुंबक को नष्ट किए बिना उस शक्ति को प्रणोदन में बदल सकते हैं। तेजी से कंपन संभवतः चुंबक को अपनी ताकत के किनारे पर लाएगा।

ऐसी प्रणाली के संशयवादियों का कहना है कि गुडविन चुंबक को बहुत तेज़ी से कंपन करने के लिए पूरा करेगा, लेकिन यह कहीं नहीं जाएगा। गुडविन मानते हैं कि अभी तक कोई सबूत नहीं है कि उनकी प्रणोदन प्रणाली काम करेगी। "यह अत्यधिक सट्टा है, और मेरे सबसे बेतहाशा आशावादी दिनों में, मुझे लगता है कि 10 में एक मौका है कि यह काम कर सकता है," गुडविन ने कहा। बेशक, १०० साल पहले, लोगों का मानना ​​था कि हमारे पास अंतरिक्ष में पहुंचने की संभावना भी कम है।

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