Nejběžnějším kovem je železo. Platí to na Zemi i ve vesmíru. Je doslova všude. Aeronautičí inženýři britské společnosti Magdrive toho hodlají maximálně využít. Postavili podivuhodný kosmický plazmový motor s poněkud neskromným jménem Super Magdrive. Žene kosmickou loď do vesmíru a „spaluje“ při tom železo nebo vlastně téměř jakýkoliv kov.
Jak správně podotýká Joe Salas na platformě New Atlas, některé kovy hoří zcela bez potíží, přímo bouřlivě. Lithium reaguje s vodou a dramaticky při tom plápolá. Hořčík, měď nebo třeba titan jsou běžnými složkami ohňostrojů. Hliník se dokonce již využívá jako součást pevných raketových paliv.
Železo by jako palivo člověka nejspíš hned nenapadlo. Oxid železitý je sice s hliníkem součásti termitu, ale obvykle si ho nepředstavujeme jako palivo. Odborníci Magdrive si to očividně představili. Vyvinuli unikátní plazmový pohon pro kosmické lodě, který může jako palivo využívat prakticky jakýkoliv kov.
Použití takového paliva má dalekosáhlé následky. Kosmická loď s pohonem Super Magdrive se totiž, přinejmenším teoreticky, nemusí vracet zpět na Zemi kvůli palivu. S potřebným vybavením si ho může těžit na kometách, planetkách, měsících, či dalších kosmických objektech, s nimiž se cestou setká.
Jak pohon Super Magdrive pracuje? Nejprve se vloží do hry solární panely a nashromáždí energii v kapacitorech. Pak ji vypustí jako lavinu, která má napětí více než 1 000 voltů, aby ionizovala připravený kov. Tento proces vytvoří sérii plazmových „projektilů“ o vysoké teplotě a hustotě, které mohou být urychleny a „vystřeleny“ určitým směrem s využitím magnetických polí. Tím vzniká tah pohonu.
Plazmové motory mají problém odstartovat z povrchu planety. K tomu poslouží staré dobré raketové chemické motory. Jakmile se ale kosmická loď s tímto pohonem dostane do kosmického prostoru, může bez potíží přepnout na plazmový pohon. Magdrive uvádějí, že jejich Super Magdrive má tah o řád vyšší, než podobně velké systémy s elektrickým pohonem.
Na vývoji tohoto pohonu spolupracují odborníci britské University of Southampton. Magdrive se v tuto chvíli soustředí na satelity. Použití pohonu Super Magdrive by mělo podstatně snížit náklady na palivo i množství potřebného paliva. Vedoucí vývoje pohonu Minkwan Kim si pochvaluje ve startrekovském stylu, že tento systém by mohl umožnit průzkum vesmíru, kam se dosud člověk nevydal, s nikdy nekončícími objevy.
V lednu 2023 proběl test pohonu Super Magdrive v kosmickém prostoru v rámci mise „Operation Get it Up.“ Podle dostupných zpráv se zařízení úspěšně dostalo do kosmu. Není ale jasné, jak uspělo a jaký mělo výkon. V červnu 2025 by měla vyrazit další mise s tímto pohonem „So Much for Subtlety.“ Její plazmový pohon by měl údajně být pětkrát výkonnější než při první zmíněné misi. Jak asi obstojí?
Video: MagDrive Space: A UK Company Pioneering an Innovative Electric Propulsion Systém
Video: Scientists Test Revolutionary Space Thruster: Space Metals as a Fuel to Go Where No One Has Gone
Literatura
Kontroverzní EM pohon: názor experta na pokročilé pohonné systémy
Autor: Stanislav Mihulka (10.12.2016)
Tryskový plazmový pohon potřebuje jenom elektřinu a vzduch
Autor: Stanislav Mihulka (10.05.2020)
Kosmická loď s fúzním pohonem doletí za 2 roky k Titanu. Jen ho postavit.
Autor: Stanislav Mihulka (21.10.2020)
Překvapivá zelená energie: Nizozemský pivovar spaluje železo
Autor: Stanislav Mihulka (12.11.2020)
Undefined dostali do vzduchu „tichý“ dron s iontovým pohonem, na 4,5 minuty
Autor: Stanislav Mihulka (24.09.2022)
Diskuze:
Terminologie
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-10 16:03:27
Když jsme u té opravy terminologie, také se trochu upřesním - v diskusi jsem několikrát psal o iontových motorech, ale měl jsem při tom na mysli hlavně 'elektrostatické iontové motory', které jsou pouze jedním z nejrozšířenějších druhů elektrických pohonů, nejde o zastřešující termín.
Plasmový (magnetoplasmadynamický) motor využívá jiné principy k dosažení podobného výsledku. Polopatické vysvětlení je v tomto videu:
https://m.youtube.com/watch?v=M3iYhtsZCiA
Dobré je i druhé video pod článkem. V něm vysvětlují výhody v praktickém využití.
Další druhy elektrických pohonů jsou vypsané zde:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Spacecraft_electric_propulsion
Terminologický lapsus
Pavel Kaňkovský,2024-10-10 00:05:44
Text (originál na New Atlasu i zdejší překlad) dělá zmatek v tom, že železo označuje jako palivo (fuel), ale ve skutečnosti je popisovaným vynálezem používáno jako pohonná látka (propellant). A ještě se v tom vlastním zmatku rochní odbočkou k tomu, jak jsou různé kovy hořlavé, což je v daném kontextu irelevantní. :(
Opět skepse
Martin Prokš,2024-10-06 19:08:13
Dobrý den
Jen takové hlasité uvažování:
Plasmový motor na železo nebo jiný kov - proč ne. Plasmový motor na kov má nejspíše lepší specifický impuls na jednotku energie, než na vodík, hélium, kyslík, nebo dusík. Ale Xeon, Radon, Krypton by na tom měli být ještě lépe. Hmotnost částice je neokecatelná a teoreticky hraje do karet iontovému motoru. Ještě lepší by byla rtuť, nebo uran, plutonium - obecně nějaké těžké ale snadno dostupné prvky. Obecně čím těžší atom, tím lépe. Ta rtuť by byla velmi praktická, protože ji lze snadno přechovávat v tekutém stavu, což je super pro dopravu a dávkování do ionizační komory. Jen pak vysvětlovat úřadům a lidem, že tam nahoru letí pár stovek kil až tun rtuti, nebo ochuzeného uranu, plutonia - co se stane když to při startu havaruje a rozprskne se do atmosféry, nebo po zemi, moři... To železo a hliník asi nejsou úplně špatná volba z tohoto úhlu pohledu, jestli dokáží nějak pracovat s práškovým, nebo pevným médiem v ionizačním motoru.
Zdroj energie jak už tu někdo psal, iontový motor je problém hlavně energie. Solární energie je s bídou dostupná někde k dráze Marsu, pak už to není ani ta bída. Ale od úrovně Venuše blíže to možná zajímavé je, jen jestli to tepelně dají panely. Prostě na tohle je lepší malý jaderný zdroj jsem přesvědčen.
Ale nevím, v této oblasti techniky se nepohybuji, tak je to ode mě jen teoretizování a více to rozporovat nebudu.
Co mě ale v tom videu zarazilo a co rozporovat budu, jsou ty ... ehm ... nadšené řeči o tom jak si může nějaká sonda těžit hmotu pro impuls z okolních kosmických těles. A obrázky ze sondy OSIRIS-REx jak nabírala vzorkyz Benu. No to jsou ... Odebrat nějaké vzorky je jedna věc, ale něco vytěžit a přepracovat do produktu dále použitelného je na tolik vzdálená oblast konání. To je naprostý nesmysl, že by si nějaká sonda jednou za čas řekla: hele už mi dochází železo. Tak se zaparkuju támhle u toho asteroidu, nahrabu si z povrchu prach a kamení různé velikosti prakticky za beztíže, nacpu si to do zásobníku, rozemelu, odseparuji, vypražím a vyredukuji na kov potřebné čistoty, upravím na zrnitost a hustotu jak potřebuji pro motor, nějak se zbavím odpadu a nějak si to přesunu do zásobníku pro iontový motor... To je naprostá zhovadilost. Na to je potřeba specializovaná těžní jednotka a specilizovaná jednotka přepracování a zpracování hotového produktu. To bude velké, těžké, složité s nutností obsluhy a servisu a spoustou nestrojového rozhodování...
V tomto má mhnohem větší smysl a budoucnost udělat si z Měsíce servisní a přestupní stanici pro lety po sluneční soustavě. Ze Země vozit osádky, ale lodě a palivo vyrábět na Měsíci. Náklady na kg hmoty na start z Měsíce jsou směšné v porovnání s náklady na start ze Země. Jednoduché produkty typu vytěžené a zpracované kovy, nebo jakékoli látky v zásobníku, lze z povrchu měsíce i vymršťovat odstředivým katapultem, nebo lineárním magnetickým dělem. Na oběžné dráze je pak lze sbírat. Zlomeček ceny startu ze Země. Ale toto Sci-Fi se stane realitou do 100 let. Snad - v sedmdesátkách si techno-optimisté také mysleli, že za 30-40 let už na tom Měsíci budou první alespoň vesnice...
Re: Opět skepse
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-07 10:24:13
Dobrý den
"Specifický impuls na jednotku energie" je veličina, o které jsem nikdy neslyšel. Tím myslíte co?
Pokud jste myslel "normalní" specifický impuls, tak na něj má hmotnost částic naopak vliv negativní. Klíčovým faktorem je totiž rychlost, kterou částice vyletují z trysky. Čím těžší částice, tím nižší rychlost jí udělíte dodáním daného množství množství energie. Tedy čím těžší částice, tím nižší specifický impuls.
Roli pak samozřejmě hraje také to, jak velké je to množství energie, které jste částici schopen udělit. V iontovém motoru jsou částice urychlovány elektromagneticky. Neutrální částici by urychlit nešlo, ale čím má větší elektrický náboj (úměrný stupni ionizace), tím větší silou na částici pole působí. Takže při větším stupni ionizace lze částici urychlit více. Pokud byste ty těžší atomy, o kterých píšete, dokázal ionizovat do mnohem vyššího stupně než lehčí atomy, teoreticky byste mohl dosáhnout vyššího spec. impulsu než u lehčích atomů. Ale prakticky to je spíše nepravděpodobné.
Zároveň předpokládám, že v praxi se pohonná látka volí hlavně s ohledem na další inženýrské problémy a maximalizace specifického impulzu není klíčovým hlediskem, protože i ten nejhorší ionťák v něm naprosto deklasuje chemické motory.
Jinak o malých jaderných reaktorech pro vesmírné užití a možnostech konverze tepelné energie na elektřinu tu měl před časem nejméně článek Vladimír Wagner:
https://www.osel.cz/9897-zacnou-se-ve-vesmiru-konecne-vyuzivat-jaderne-reaktory.html
Re: Re: Opět skepse
Martin Prokš,2024-10-07 16:00:24
Dobrý den
Změna hybnosti vlivem jedné částice = delta V x hmotnost částice
Kinetická energie jedné částice = (1/2) x delta V kvadrát x hmotnost částice
Když dvakrát zvednete hmotnost částice (při zachování výsledné kinetické energie - a tím nutné energie kterou dodáte částici), změna hybnosti se zvětší v násobku odmocniny dvou. Takže (při stejné míře ionizace) čím těžší částice, tím pro iontový motor lépe.
Tím jsem měl na mysli specifický impuls na jednotku energie jako porovnání mezi různými variatami. Ano, není to asi normálně používaná jednotka.
S ostatním co jste napsal souhlasím.
Re: Re: Re: Opět skepse
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-07 17:27:39
No počkejte, těžší částice ale zároveň znamená, že máte v jednom kilogramu paliva těch částic menší množství. Takže sice spotřebujete menší množství energie na dosažení stejného tahu, ale zároveň spotřebujete větší hmotnost paliva (xenonu, železa...).
Když to doženu do extrému, nejvyšší energetickou účinnost pro dosažení požadovaného tahu by mělo vrhat dozadu pomocí elektrického katapultu šutráky. Akce vyvolá kýženou reakci s nejnižší spotřebou elektřiny. Jenže po pár vrzích šutráky dojdou a jste na suchu. Tento způsob pohonu by měl spec. impuls naprosto mizerný. Horší než u chemických raket (pokud byste ty kameny nevrhal rychlostí tisíců km/h).
Prakticky lze říct, že vysoký specifický impuls jde přímo proti energetické účinnosti. Ale s tím se prostě počítá, je to "tradeoff". Něco za něco. Proto má smysl o iontových motorech uvažovat jen tam, kde není limitujícím faktorem dostatek elektřiny. Jak jste samozřejmě psal Vy i pan Ondříček.
Re: Re: Re: Re: Opět skepse
Martin Prokš,2024-10-07 19:43:17
Dobrý den
Máte pravdu, sypu si popel na hlavu. Těžší částice = zhoršení specifického impulsu.
Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
F M,2024-10-08 02:19:56
Jestli tomu dobře rozumím jde o balancování toho specifického momentu (efektivity využití hmoty) a efektivity využití energie. Hmotu by teoreticky bylo lepší vystřelit co nejvyšší rychlostí jenže tam vykoukne ta neefektivita z toho příspěvku kdy se získá jen to mv za cenu mv2 (snad jsem to nezjednodušil tak moc až je to nesmysl), jenže to s tím malým/omezeným zdrojem nedává smysl, protože ten už tak nízký tah, by byl ještě o mnoho menší.
To potom spolu s tím, že obecně mají těžší prvky (stejné sloupce) nižší ionizační energie a tím dávkováním (možná inertností) vede k používání těch těžších plynů. Tady by mě zajímal ten výraz "hoření" je to i v anglické verzi. A vůbec jak to mají vymyšleno, jenže nějak se mi nezařadili nic najít.
Ještě se principem trochu odlišují ty iontové a plazmové motory (to rozlišení je hned na začátku prvního odkazu a vcelku mi dodatečně vyplívá z rozdílu těch slov plasma a ionty, až dodatečně hold brzda, ale můžu to svést na pozdní hodinu :-)
Upozornil bych na tu tabulku v prvním odkazu, je až dost dole.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster
https://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_propulsion_engine
Re: Re: Re: Re: Opět skepse
Karel Klement,2024-10-09 10:18:02
Počet částic v jednom kilogramu paliva počítáte při jakém tlaku a teplotě?
Kapalný vodík má nižší hustotu než železo.
Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-09 12:01:00
Počet částic v jednom kilogramu paliva je konstantní. Nezavisí na tlaku ani teplotě, ale pouze na molární hmotnosti zvolené látky. Molární hmotnost říká, kolik váží 6x10^23 (kusů) částic. Najdete ji v tabulkách.
https://cs.m.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A1rn%C3%AD_hmotnost
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
Karel Klement,2024-10-09 17:24:00
Pardon, chtěl jsem se pobavit o objemu paliva. V diskuzi se zmiňuje počet částic procházejících tryskou a jejich počet na kilogram. Hustota železa je asi stokrát větší než vodíku.
Pokud by bylo možné částice železa urychlit na stejnou úroveň jako vodíku. Tak by měl být pohon výkonnější. Ale pak zase nastoupí argument, že bude nutné rozpohybovat větší hmotu.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
F M,2024-10-10 11:22:33
Ta kompaktnost, odolnost, poměr hmotnosti zásobníku a "pohonné látky" a s tím spojená hmotnost konstrukce - celé družice/lodi, také hrají svou roli. Jinak pouze z toho pohledu pohonu 1kg čehokoli "vystřelený" stejnou rychlostí má stejný efekt jako 1kg čehokoli jiného.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-10 12:51:23
Výkon se u vesmírných pohonů nepoužívá, protože nic neříká. Používá se tah a specifický impuls. U iontových motorů má smysl řešit také příkon na jednotku tahu (kolik W je potřeba na 1 N tahu).
První stupně raket létajících do vesmíru jsou optimalizované na maximální tah, zatímco specifický impuls je druhořadý. Je totiž potřeba co nejvíc zkrátit fázi, kdy raketa stoupá vertikálně a musí překonávat gravitační zrychlení. Později, když nabere orbitální trajektorii, je gravitační zrychlení nulováno odstředivým zrychlením a raketový motor se může "soustředit" čistě na nabírání rychlosti. V této fázi se vyplatí chemické motory optimalizované na maximální specifický impuls. Když už je sonda nebo loď ve vesmíru, vyplatí se přejít na pohon s ještě vyšším specifickým impulsem, typicky iontové motory. Tah mají proti chemickým motorům nepatrný, ale dokáží ho poskytovat velmi dlouho a spotřebují proti chemickým motorům jen malou hmotnost pohonné látky. Mají ale nezanedbatelnou spotřebu elektřiny, takže není žádoucí ten specifický impuls tlačit do extrému, ale vhodně vyladit poměr tahu a specifického impulsu. Protože zdroje elektřiny na sondě jsou omezené a spotřeba energie neroste se specifickým impulsem lineárně ale kvadraticky (teoreticky, v reálu budou spotřebu ovlivňovat i další faktory).
Kdyby byl zájem tlačit specifický impuls do extrému, nejlepší by byl urychlovač, který by částicím udělil relativistickou rychlost. Tah by ale byl zanedbatelný a spotřeba energie extrémní. Smysl by to mělo jen v případě, že by se člověk snažil sám také dosáhnout relativistické rychlosti a měl neomezený zdroj energie.
Jinak objem pohonné látky nemusí ve vesmíru hrát roli. Hmotnost paliva však hraje roli vždy.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
F M,2024-10-10 15:43:11
Ad absurdum
https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_rocket
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Opět skepse
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-10 16:13:29
Existuje návrh, jak se "odstrkovat" od černé díry - vyšle se k ní z lodi částice tak, aby černou díru obkroužila o 180° a vrátila se zpět k lodi... pak je možné částici pinknout zpátky k ČD a takhle dokolečka :-)
Teoreticky by to fungovat mělo, inženýrsky je to nepředstavitelné :-)
Ach ta Energie !
Vojta Ondříček,2024-10-06 16:32:35
Všechny tyhle meziplanetární a mezihvězdné pohony mají jednu slabinku - potřebují na svůj provoz energii. Móóóóc energie.
Foto-voltaika dodá trochu energie jen v těsné blízkosti zdroje energie, kterým je každá hvězda. Naše hvězda, Slunce, posílá do svého okolí gigantické množství energie, ve vzdálenosti 1AU od Slunce je to na 1m^2 FV panelu zhruba 1,36kW příkonu z čehož "vydolujeme" tak třetinu elekrického výkonu).
Ve vzdálenosti 5AU (Jupiter) je to už jen 1/25, tedy 1,36/25 = 0,054kW. Což vede k depresím.
Ve vzdálenosti 30AU (Neptun) je to už jen 1/900, tedy 1,36/900 = 0,0015kW. Což vede k ještě větším depresím.
Zkrátka bez vlastního zdroje energie o potřebném výkonu se žádný vesmírný koráb neobejde. A k tomu máme (lidstvo) dosud hvězdně daleko.
Na okraj. Ionizování je procesem použitelným na jakoukoliv hmotu, nejen na kovy. I meziplanetární "kamení", nebo vodu lze ionizovat a použít na plazmový pohon. Nejsme odkázaní na Fe. Plasmový pohon měl ještě před nedávnem každý z nás doma, v televizní obrazovce, ve který byly elektrony urychlovány napětím 50kV.
Re: Ach ta Energie !
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-07 10:37:45
Ionizovat lze každou hmotu, ale v motoru musíte zohlednit i další technická hlediska. Do dieselové Octavie také nemůžete nalít biolíh E85, ačkoliv obě dvě paliva jsou tekutá a hořlavá :-)
Ohledně zdrojů energie v kosmu viz odkaz na článek Vladimíra Wagnera v mojí reakci na pana Prokše.
Re: Re: Ach ta Energie !
Pavel Kaňkovský,2024-10-09 23:52:46
Nalít biolíh E85 do dieselové oktávky samozřejmě můžete. Jen to bude mít určité následky. ;)
Re: Ach ta Energie !
Pavel Nedbal,2024-10-09 19:26:16
Není a nebude energie (ve vesmíru nic pořádného neuchladíte), nebudou rakety, ať žerou jakékoliv palivo.
Re: Re: Ach ta Energie !
F M,2024-10-10 11:10:36
Pokud by byl dostatek energie tak to tak nemožné nebude. Vyzařování prý při normálních ("chemických") teplotách roste se čtvrtou mocninou teploty, takže při dobrém oddělení části kde má být normální teplota (lidé, přístroje) a zdroje s radiátory (s přiměřenou, ale reálnou tepelnou odolností) je to jistě řešitelné. Navíc se samozřejmě dá část energie využít k "čerpání" tepla odtud kde chceme snížit teplotu. Ale pokud se bavíme o dráze za oběžnou dráhou Marsu tak se spíš bude řešit dodávka tepla do té chladnější části.
Alkalické kovy na hladině
Florian Stanislav,2024-10-06 12:27:44
Článek:
"Lithium reaguje s vodou a dramaticky při tom plápolá. "
Asi záleží na množství lithia a jestli je osušeno od petroleje.
Zdroj článku Atlas:
Lithium reaguje s vodou a hoří poměrně intenzivně.
https://ebedox.cz/reakce-lithia-s-vodou/
https://youtu.be/4Zs9LnHTCq4
Lithium se přechovává pod petrolejem, ale lahev musí být plná, lithium plave na petroleji.
Bouřlivá je rakce draslíku s vodou, hoří a prská na hladině.
https://www.youtube.com/watch?v=psn2NJBAJQU
Pokud si vzpomínám, tak sodík na hladině rejdí, hořet začne až když se podloží na hladině filtračním papírem.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
