¿Qué es un impulso magnetohidrodinámico?

Un accionamiento magnetohidrodinámico (MHD) es un motor sin partes móviles que genera empuje al acelerar un fluido cargado con un campo electromagnético. Esto se conoce como la fuerza de Lorentz, cuya magnitud en newtons en cualquier partícula cargada específica se puede calcular sumando la densidad del campo eléctrico en voltios por metro a la velocidad instantánea de la partícula en m / s, multiplicando la suma por la densidad del campo magnético en teslas, y multiplicando ese producto por la carga eléctrica de la partícula en columbs.

Cuando aumenta la intensidad del campo electromagnético, también aumentan tanto el empuje como el impulso específico de un impulso magnetohidrodinámico. La fuerza de Lorentz puede explotarse para propulsión en naves espaciales, que usan plasma cargado como medio fluido y, por lo tanto, se llaman propulsores magnetoplasmadynamic (MPD). Se han probado prototipos experimentales en satélites rusos y japoneses.

La magnetohidrodinámica en general es la disciplina científica que estudia cualquier fluido cargado eléctricamente. Explicar y predecir el comportamiento de los fluidos cargados eléctricamente requiere combinar las ecuaciones de Navier-Stokes de dinámica de fluidos con las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell. Esto significa que dos conjuntos de ecuaciones diferenciales deben resolverse simultáneamente, lo que significa que los cálculos son computacionalmente intensivos y con frecuencia requieren superordenadores.

En la década de 1990, Mitsubishi construyó prototipos para embarcaciones marítimas que utilizaban unidades magnetohidrodinámicas, pero estas solo alcanzaron velocidades de 15 km / h (9.3 mph), a pesar de las predicciones de 200 km / h (124.3 mph). Debido a la falta de partes móviles, los motores magnetohidrodinámicos pueden ser, en principio, confiables, económicos, eficientes, silenciosos y mecánicamente elegantes. Sin embargo, debido a que su fuente de combustible es la electricidad y todavía carecemos de medios económicos para crear celdas de combustible de alta densidad de potencia, los barcos que usan el disco MHD deben tener un generador pesado a bordo que queme diesel. Si el costo de las celdas de combustible de hidrógeno aumenta drásticamente en los próximos años, el disco MHD podría ser una alternativa viable a la hélice.

En las naves espaciales, los propulsores magnetoplasmadinámicos requieren una buena cantidad de energía, en megavatios, para funcionar de manera óptima. Hoy en día, incluso los generadores de energía de naves espaciales más fuertes solo proporcionan unos pocos cientos de kilovatios, lo que significa que los propulsores MPD siguen siendo principalmente una tecnología futura. Sin embargo, los principios operativos de los propulsores MPD les permiten poseer impulsos específicos extremadamente altos, más de 20 veces el impulso específico de los cohetes químicos, dada la potencia suficiente.