فيزياء ثورست في نظم التبريد السحرية

F = q (E + v × B) ]

في معظم نظم الدفع المغناطيسي، المكون الميداني للكهرباء (qE]) إما غير مهم أو يسهم فقط في التأيين الأولي للمروحة، والمصطلح الغالب هو العنصر المغناطيسي (v × B) ، الذي ينتج سائلاً من القوة

وبالنسبة للتيارات المستمرة من الجسيمات المشحونة التي تنتقل عبر موصل، تترجم قوة لورنتز على تهمة فردية إلى قوة شاملة على الموصل، وهذه الظاهرة، المعروفة باسم قوة لا مكان، تعطى عن طريق:

F = I (L × B)]

() حيث I] هو التدفق الحالي من خلال الوصل، L] هو ناقل طول الموصل في اتجاه التيار، وB هو المجال المغناطيسي.

الآثار العملية لتوجيه القوة السحرية

إن الطابع العنيف للقوة المغناطيسية يفرض قيوداً حرجة: فبسبب توليد قوة دفع مستمرة، يجب على النظام إما أن يغير باستمرار اتجاه الحركة النسبية )كما في آلية التناوب( أو أن يستخدم وسيلة انكماش أو تدفق، ولهذا السبب فإن العديد من نظم الدفع المغناطيسي هي بطيئة أو تنطوي على التعجيل بسوائل سلوكية، ويتوقف حجم القوة على قوة التدفق الحالية وعظمية الإنتاج.

الأنواع الأساسية لنظم التبريد المغناطيسي

وفي حين أن جميع نظم الدفع المغناطيسي تتقاسم نفس الجذور المادية، فإنها تنقسم بشكل كبير إلى التنفيذ، ففئاتها الرئيسية الثلاث هي الدافع الكهرومغناطيسي، ودافع المغناطيس، والدفع الكهربائي القائم على البلازما، وكلها توفر مزايا ومبادلات فريدة تناسب مختلف البيئات التشغيلية.

Electromagnetic Propulsion

أما نظم الدفع بالكهرباء المغناطيسية فتستخدم حقول مغناطيسية للتعجيل بأشياء أو أسلحة متماسكة، وأهم الأمثلة على ذلك هي البنادق والسكك الحديدية (المسماة أيضاً بمدافع الغاز) وفي بندقية السكك الحديدية الموازية تحملان تياراً عالياً عبر ذراع مشتعلة، ويتفاعل السلاح الموجود في المجال المغناطيسي مع الأسلحة البلاستيكية المنتجة في الوقت الحالي.

وعلى النقيض من ذلك، تستخدم الأسلحة المغناطيسية سلسلة من الكوكتيلات الكهربائية التي تُستخدم في التتابع كعربات متحركة أو مسيرة للقذائف، وهي مقياس مغناطيسي يسحب المضخة إلى الأمام، ونظرا لعدم وجود اتصالات كهربائية متوهجة، فإن البنادق السائلة تقلل من اللبس وتشغل بكفاءة أكبر من البنادق الحديدية.

ماغنيتوهيدوديناميك (MHD)

إن نظم الدفع بالأشعة فوق البنفسجية تعجل بمياه بحرية وسوائل أو بلازما تستخدم مزيجاً من عبور الحقول الكهربائية والمغنطية، وهذا المبدأ بسيط: إن التيار يمر عبر النسيج السائل إلى حقل مغناطيسي مطبق، وأن قوة لورنتز تعمل على السوائل الحالية، مما يدفعها إلى اكتشاف التدفق أو الازدحام إلى كل من الزهرة الحالية والميدان.

وفي سياق الفضاء الجوي، تستخدم مبادئ وزارة الصحة البشرية في مسرعات البلازما لأنفاق الرياح وفي بعض البحوث المتصلة بالدمج، والمبارامترات الرئيسية هي القدرة على التصريف الكهربائي: فكلما زادت قدرة وسوائل العمل، زادت قوة الدفع في مجال مدخل ما، ومتوسط ومغنطيسي، وبالنسبة لمياه البحر، فإن القدرة على التصرف متواضعة، وهذا هو السبب الذي يجعل سفن التبكير في مادة الارتحال العالي من الناحية العملية، هي سلوك مغناطيسي.

Plasma-Based Electric Propulsion

وثالثاً، تشمل أنظمة الدفع الكهربائي التي تستهلك الغاز المدفوع وتعجل بالبلازما الناتجة باستخدام الحقول المغناطيسية و/أو الكهربائية، وتستخدم هذه النظم أساساً في الفضاء لبعثات حفظ المحطة وحيز الفضاء العميق، حيث تندفع سرعتها العالية (كتلة الوقود) بسرعة منخفضة، وأكثر الأنواع شيوعاً هي محركات الصواريخ وقاذفات الصواريخ

وتختلف محركات الصواريخ باستخدام حقل مغناطيسي لضبط الإلكترونيات في انجراف دائري، مما يؤدي إلى تأثيرات في الصدر من خلال الاصطدامات، وتتسارع الآيون الناتجة عن ذلك باستخدام موجة مغناطيسية في حقل المغناطيس، وتنتج الدافع، وتعطيل الهالونات نسبة أفضل من الوصلات الكهربية إلى الوصلات، مما يجعلها مشهورة بالنسبة للسواتل التجارية.

التحديات الهندسية والابتكارات

وعلى الرغم من الفيزياء المتميزة، فإن ترجمة الدافع المغناطيسي إلى نظم عملية تشكل عقبات هندسية هائلة، وتتمثل التحديات الرئيسية في توليد حقول مغناطيسية قوية بما فيه الكفاية، وإدارة الطاقة الكهربائية الهائلة المطلوبة، وتبديد حرارة النفايات التي تنتجها أوجه القصور في الأوسمك.

المغنطيسيات المتفوقة

إن قوة الحقل المغناطيسي في حدود 1 إلى 10 تيسلا (T) أو أعلى، كما أن المغناطيسات ذات الريح العالية، التي تعمل في عظمات النحاس، والتي تخفض درجة الحرارة العالية، والزنوج السائلة العالية، والترددات العالية التي تُستخدم في اليابان، والترددات العالية التي تُستخدم في التحلل، والترددات الفوقية التي تُجرى في التحلل.

إدارة الطاقة وتفكك الحرارة

إن الدافع المغناطيسي يتطلب طاقة كهربائية كبيرة، مثلاً، إطلاق سلاح سكك حديدي على بعد كيلومترين، يتطلب قوة ذروة على ترتيب عدة محركات، ولكن فقط للثانيات، مثل القاذورات الحرارية تتطلب مصارف ضخمة وأجهزة إلكترونية متقدمة للكهرباء.

Scalability and System Integration

فالدفع المغناطيسي المتصاعد من المظاهرات المختبرية إلى المركبات التشغيلية يتطلب حل مشاكل التكامل، فعلى سبيل المثال، تحتاج محركات الصواريخ المتعددة البيوت إلى مغناطيس كبير ثقيل يؤثر على تسارع السفينة وعلى اللوحات الحرة، ويجب أن تعمل أجهزة الدفع البلاستيكية لعشرات الآلاف من الساعات دون تآكل الكهرومغناطيسي، وتعاني السكك الحديدية من التآكل والهب البطيء بعد بضع طلقات.

التوجيهات والتطبيقات المستقبلية

ومن المتوقع أن تؤدي نظم الدفع المغناطيسي، في المستقبل، أدوارا تحولية في استكشاف الفضاء، والنقل البري السريع، والدفع البحري، وتقارب المواد الجديدة، ومصادر الطاقة المدمجة، وتقنيات النماذج المتقدمة، يتسارع التقدم.

استكشاف الفضاء

إنّ الدفع الكهربائي العالي هو تقنية رئيسية لبعثات الإنسان إلى المريخ وما بعده، إنّه لا يمكن لـ (ناسا) أن يُمكن من الوصول إلى محركات فضائية مُقتَرحة،

النقل البري السريع

وقد تعمل قطارات ماغليف بالفعل تجاريا في الصين واليابان وكوريا الجنوبية، ولكن النظم المستقبلية تهدف إلى تجاوز سرعة 600 كيلومتر/ساعة باستخدام المغناطيسيات الفوقية وأنابيب الإجلاء (المفاهيم الشبيهة بالهيبروف) وستستخدم معدات القفز السريع السائلة في اليابان [(Sinkansen] [FtempLT:1]) خط القفز المغنطي، الذي يجري حاليا تحت البناء.

وقد تقدم مدافع الـ ميغاهيدروجينيا وعداً بالتشغيل الصامت خالياً من الاهتزاز للغواصات العسكرية وسفن البحث، وقد تؤدي مختبر الفيزياء البرانستونية إلى إجراء تجارب على مدافع مدافع مائية مدمجة تستخدم موصلات فضية خارقة للمركبات، والعقبة الرئيسية هي الكفاءة:

خاتمة

The physics of push in magnetic propulsion systems is grounded in well-understood electromagnetic theory, yet its practical realization continues to push the boundaries of engineering. From the Lorentz force that accelerates a charged particle to the large-scale integration of superconducting coils and plasma chambers, each component must be optimping for its intended environment.