[论文解读] Propellantless propulsion in magnetic fields by partially shielded current

L. Bergamin, Dario Izzo+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2006

Plasma Diagnostics and Applications参考文献 18被引用 1

一句话总结

本文提出了一种无推进剂推进系统，利用闭合载流导线部分被超导体屏蔽的磁场，实现无需等离子体或推进剂的推力。该装置可产生适合补偿阻力或执行轨道机动的可测量力，即使在小型配置下亦可实现。

ABSTRACT

A new device for propellantless propulsion in presence of a magnetic field is discussed. The functional principle shares some features with electrodynamic tethers. However, the tether structure is replaced by a closed wire, which is partially shielded from the magnetic field by means of a superconductor. Therefore, it does not depend on the presence of a plasma. We show that even a relatively small device can yield interesting propulsivet forces for drag compensation or for orbital transfers.

研究动机与目标

• 开发一种不依赖等离子体环境的无推进剂推进系统。
• 通过用闭合导体回路替代导线，解决现有电动力绳系统存在的局限性。
• 探索通过部分超导屏蔽实现磁相互作用产生推力的可行性。
• 证明紧凑型装置可产生适用于空间应用的可用推力。

提出的方法

• 闭合导线回路在外部磁场中通有电流。
• 超导体部分屏蔽导线，使其暴露于非对称磁场中。
• 未屏蔽部分受到的洛伦兹力产生净推力。
• 系统无需等离子体，仅依赖静态磁场中的电磁相互作用运行。
• 理论建模证实推力大小取决于电流密度和磁场梯度。
• 该构型避免了长导线或等离子体接触的需求，实现紧凑设计。

实验结果

研究问题

• RQ1 当闭合电流回路部分被超导体屏蔽时，能否产生净推力？
• RQ2 缺乏等离子体或外部电离介质是否影响无推进剂推进的可行性？
• RQ3 在磁场中，小型、屏蔽的电流回路可产生多大推力？
• RQ4 部分磁屏蔽如何影响所产生力的方向和大小？
• RQ5 该系统能否实现实际应用，如阻力补偿或轨道转移？

主要发现

• 由于磁场中非对称洛伦兹力作用，部分屏蔽的电流回路产生净推力。
• 推力的产生不依赖等离子体或推进剂，仅依靠电磁相互作用。
• 该系统在存在磁场的近地轨道条件下可正常工作。
• 即使小型装置亦可产生适合阻力补偿的可测量推力。
• 该设计避免了长电动力绳部署及其相关风险。
• 该方法可在不消耗推进剂的情况下实现轨道转移和轨道保持。