何十年もの間、宇宙旅行の唯一の手段は、化学推進力で動くロケットエンジンでした。現在、21世紀の初めに、航空宇宙エンジニアは、光推進、核融合推進、反物質推進など、私たちを星に連れて行く革新的な方法を考案しています。推進剤を含まない新しいタイプの宇宙船も提案されています。このタイプの宇宙船は、電磁石によって宇宙を揺さぶられるので、これらの他のどの方法よりも遠くまで行くことができます。
電磁石は、極低温に冷却されると、異常な動作を示します。電磁石に電気が印加されてから最初の数ナノ秒の間、電磁石は振動します。デビッド・グッドウィン、エネルギー省の米国部門でのプログラムマネージャ高エネルギーと核物理の事務所は、この振動が一方向に含めることができるならば、それは他のどのよりも空間に遠く、より速く宇宙船を送信するために衝撃を十分に提供できることを提案しています開発中の推進方法。
グッドウィンは、2001年7月8日にユタ州ソルトレイクシティで開催された合同推進会議で彼のアイデアを発表するよう招待されました。この版の「ものはどのように機能するか」では、グッドウィンの電磁推進システムがどのように機能し、宇宙船を宇宙の奥深くに送ることができるかを見ることができます。
宇宙への飛び込み
米国エネルギー省（DOE）は通常、NASAの推進システムの開発を行っていませんが、より優れた超電導磁石と非常に高速で高出力のソリッドステートスイッチに継続的に取り組んでいます。 1990年代半ば、グッドウィンはNASAの画期的な推進物理プロジェクトのセッションの議長を務めました。このプロジェクトは、推進剤を使用せず、非常に高エネルギーのシステムを使用し、最終的に慣性を克服できる推進システムの設計に取り組んでいます。
「[DOEの科学者]がNASAの目標達成を支援するために開発していたこの技術を使用する方法があるはずだと思われ、それは基本的にそれから生まれた」とグッドウィン氏は語った。 DOEの研究から生まれたのは、1秒間に40万回振動する超冷却超伝導磁石を使用する宇宙推進システムに関するGoodwinのアイデアでした。この急速なパルスを一方向に向けることができれば、光速の1パーセントのオーダーの速度を達成する能力を備えた非常に効率的な宇宙推進システムを作成することができます。
電磁石が立ち上がる最初の100ナノ秒（10億分の1秒）の間、電磁石は非定常状態にあり、非常に高速にパルスを発生させることができます。ランプアップ後、磁場は定常状態に達し、パルスは発生しません。グッドウィンは、彼がソレノイドとして使用している電磁石について説明しています。これは基本的に、金属シリンダーに巻き付けられた超伝導磁気ワイヤーです。構造全体の直径は1フィート（30.5 cm）、高さは3フィート（91.4 cm）、重量は55.12ポンド（25 kg）になります。この推進システムに使用されるワイヤーは、ニオブスズ合金です。これらのより線のいくつかはケーブルに巻き付けられます。次に、この電磁石は液体ヘリウムで4度ケルビン（-452.47 F / -269.15 C）に過冷却されます。
磁石を振動させるには、磁場に非対称性を生じさせる必要があります。 Goodwinは、振動運動を強化するために、意図的に金属板を磁場に導入することを計画しています。このプレートは、銅、アルミニウム、または鉄のいずれかでできています。アルミニウムと銅のプレートはより良い導体であり、磁場に大きな影響を与えます。プレートは充電され、システムから分離されて非対称性を生み出します。次に、磁石が反対方向に振動する前に、プレートから数マイクロ秒（100万分の1秒）で電気が排出されます。
「さて、ここでの落とし穴は、この非定常状態を一方向にのみ移動するように使用できるかということです。」グッドウィンは言った。 「それができるかどうかは非常に不確かです。だからこそ、私たちは実験をして調べたいのです。」ボーイングの協力を得て、グッドウィンはそのような実験を行うためにNASAからの資金提供を求めています。
システムの鍵は、電源から電磁石に送られる電気を仲介するソリッドステートスイッチです。このスイッチは基本的に電磁石を1秒間に40万回オン/オフします。ソリッドステートスイッチは、特大のコンピュータチップのように見えます。ホッケーパックほどの大きさのマイクロプロセッサを想像してみてください。その仕事は、定常状態の電力を取得し、それを30アンペアおよび9,000ボルトで毎秒400,000回の非常に高速な高電力パルスに変換することです。
次のセクションでは、システムがどこから電力を引き出すのか、そして太陽系を超えて将来の宇宙船をどのように送るのかを学びます。
私たちの太陽系を超えて
また、米国エネルギー省は、計画に取り組んでいる原子力NASAのスペースリアクター。グッドウィンは、この原子炉が電磁推進システムに電力を供給するために使用できると信じています。DOEはNASAからの資金確保に取り組んでおり、2006年までに300キロワットの原子炉が完成する可能性があります。推進システムは、原子炉によって生成された火力を電力に変換するように構成されます。
「深宇宙、火星、そしてそれ以降では、質量を動かすつもりなら、核に行く必要がほとんどある」とグッドウィン氏は語った。
反応器は、原子（ウラン235原子など）を分裂させることによってエネルギーを生成する、誘発された核分裂のプロセスを通じて発電します。単一の原子が分裂すると、大量の熱とガンマ線が放出されます。原子力潜水艦や原子力空母に動力を供給するために使用されるような高濃縮ウラン1ポンド（0.45 kg）は、約100万ガロン（380万リットル）のガソリンに相当します。1ポンドのウランは野球の大きさしかないので、スペースをあまりとらずに長期間宇宙船に動力を供給することができます。この種の原子力発電の電磁推進宇宙船は、信じられないほど長い距離を移動することができます。
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原子炉からの熱エネルギーは、宇宙船に電力を供給するために電気に変換される可能性があります。ここでは、誘導された核分裂によって分裂するウラン235核が見られます。
「最も近い星に到達することはできなかったが、太陽圏へのミッションを見ることができた」とグッドウィン氏は語った。「それが非常にうまく機能すれば、光速の1パーセントの何分の1かの速度に達する可能性があります。それでも、最も近い星に到達するのに数百年かかりますが、それでも実用的ではありません。」
ヘリオポーズはから太陽風点である太陽が、他のによって作成された恒星間太陽風満たしている星。太陽から約200天文単位（AU）の位置にあります（太陽圏の正確な位置は不明です）。 1 AUは、太陽から地球までの平均距離、つまり約9,300万マイル（1億5,000万km）に相当します。比較のために、冥王星は太陽から39.53AUです。
人を動かすには、はるかに大きな装置を作る必要がありますが、直径1フィート、高さ3フィートの電磁気学は、星間探査機のような小型の無人宇宙船を非常に遠くまで押す可能性があります。 Goodwinによれば、このシステムは非常に効率的であり、超伝導体を介して多くの電力を供給します。問題は、科学者が磁石を破壊することなくその力を推進力に変換できるかどうかです。急速な振動は、磁石をその強度の限界に到達させる可能性があります。
そのようなシステムの懐疑論者は、グッドウィンが達成するのは磁石を非常に速く振動させることだけだと言いますが、それはどこにも行きません。グッドウィンは、彼の推進システムが機能するという証拠はまだないことを認めています。「これは非常に投機的であり、私の最も楽観的な日には、10回に1回はうまくいく可能性があると思う」とグッドウィン氏は語った。もちろん、100年前、人々は私たちが宇宙に行く可能性はさらに少ないと信じていました。
