Was sind die Hauptprobleme mit magneto-plasmadynamischen (MPD) Triebwerken?

^{Ein MPD-Triebwerk in Aktion}

Laut dieser Princeton -Seite könnten MPDs eine Abgasgeschwindigkeit von bis zu und über 110.000 m/s nachweisen – was dem dreifachen Wert aktueller Xenon-basierter Ionentriebwerke entspricht. Also ja, es wäre großartig für Weltraumanwendungen.

Hier ist das Problem: Die verrückten Dinger brauchen viel Kraft . Wie in vielem . Hier ist der Kern des Problems aus diesem Papier :

Der MPDT hat seine Fähigkeit unter Beweis gestellt, spezifische Impulse im Bereich von 1500–8000 Sekunden mit einer Schubeffizienz von über 40 % bereitzustellen. Ein hoher Wirkungsgrad (über 30 %) wird typischerweise nur bei hohen Leistungen (über 100 kW ) erreicht; Folglich wird die Steady-State-Version des MPDT als Hochleistungsantriebsoption angesehen .

Wenn das Triebwerk unter 200 kW betrieben wird , reicht das selbstinduzierte Magnetfeld nur geringfügig aus , um die gewünschte Körperkraft bereitzustellen, und es werden häufig externe Felder hinzugefügt, um die Leistung in diesem Bereich zu verbessern.

Natürlich wären Raumfahrzeuge nicht in der Lage, das externe Feld auf effiziente Weise hinzuzufügen – an diesem Punkt wäre es energieeffizienter, eine andere Option zu verwenden.

Zusätzlich zu der gegenwärtigen Nichtverfügbarkeit von hoher Leistung im Weltraum sind die Kathodenerosionsraten der MPDT im stationären Zustand (die bis zu$0.2\frac{\mu g}{C}$) haben die Entwicklung stationärer MPDTs hin zu Fluganwendungen verlangsamt.

Es gibt jedoch noch Hoffnung in Form eines abwechslungsreichen Systems - eines Steady-State-MPDT, das als Lithium-Lorentz-Kraft-Beschleuniger (Li-LFA) bezeichnet wird:

^{Ein Li-LFA-Triebwerk.}

Der Lithium-Lorentz-Kraft-Beschleuniger ($\rm{Li}$-LFA) verwendet eine Mehrkanal-Hohlkathode und Lithium-Treibmittel, um das Problem der Kathodenerosion erheblich zu reduzieren und gleichzeitig die Schubeffizienz bei mäßig hohen Leistungsniveaus erheblich zu erhöhen. Zum Beispiel ein 200-kW$\rm{Li}$-LFA hat einen im Wesentlichen erosionsfreien Betrieb über 500 Stunden konstanten Schubs bei 12,5 N, 4000 Sekunden demonstriert$I_{sp}$, und 48% Effizienz. Da noch kein anderes elektrisches Triebwerk eine so hohe Leistungsfähigkeit gezeigt hat, ist die$\rm{Li}$-LFA ist führend bei Antriebsoptionen für die nuklearbetriebene Erforschung des Weltraums und schwere Frachtmissionen zu den äußeren Planeten.

Das Papier ist eine großartige Ressource zu diesem Thema - es gibt viele weitere nette kleine Juwelen darin, die ich hier nicht behandelt habe. Sehr empfehlenswert!