atadura electrodinámica

Cables conductores largos que pueden actuar como motores o generadores eléctricos.

Una vista de primer plano medio, capturada con una cámara de 70 mm, muestra el despliegue del sistema satelital conectado .

Las ataduras electrodinámicas ( EDT ) son cables conductores largos , como los desplegados desde un satélite de atadura, que pueden funcionar según principios electromagnéticos como generadores , al convertir su energía cinética en energía eléctrica , o como motores , convirtiendo la energía eléctrica en energía cinética. ^[1] El potencial eléctrico se genera a través de una correa conductora mediante su movimiento a través del campo magnético de un planeta.

Varias misiones han demostrado ataduras electrodinámicas en el espacio, en particular los experimentos TSS-1 , TSS-1R y Plasma Motor Generator (PMG).

Propulsión de correa

Como parte de un sistema de propulsión mediante correas , las naves pueden utilizar conductores largos y fuertes (aunque no todas las correas son conductores) para cambiar las órbitas de las naves espaciales . Tiene el potencial de hacer que los viajes espaciales sean significativamente más baratos. ^{[ cita necesaria ]} Cuando se aplica corriente directa a la correa, ejerce una fuerza de Lorentz contra el campo magnético y la correa ejerce una fuerza sobre el vehículo. Puede utilizarse para acelerar o frenar una nave espacial en órbita.

En 2012, Star Technology and Research recibió un contrato de 1,9 millones de dólares para calificar un sistema de propulsión de correa para la eliminación de desechos orbitales . ^[2]

Usos de las ataduras para urgencias

A lo largo de los años, se han identificado numerosas aplicaciones de ataduras electrodinámicas para su uso potencial en la industria, el gobierno y la exploración científica. La siguiente tabla es un resumen de algunas de las posibles aplicaciones propuestas hasta el momento. Algunas de estas aplicaciones son conceptos generales, mientras que otras son sistemas bien definidos. Muchos de estos conceptos se superponen en otras áreas; sin embargo, simplemente se colocan bajo el encabezado más apropiado para los fines de esta tabla. Todas las aplicaciones mencionadas en la tabla se detallan en el Manual de Tethers. ^[1] Tres conceptos fundamentales que poseen las ataduras son los gradientes de gravedad, el intercambio de impulso y la electrodinámica. Las posibles aplicaciones de tether se pueden ver a continuación:

reinicio de la ISS

Se ha propuesto EDT para mantener la órbita de la ISS y ahorrar el gasto de reinicios de propulsores químicos. ^[3] Podría mejorar la calidad y duración de las condiciones de microgravedad. ^[3]

Fundamentos de la atadura electrodinámica

Ilustración del concepto EDT

La elección del conductor metálico que se utilizará en una atadura electrodinámica está determinada por diversos factores. Los factores primarios suelen incluir una alta conductividad eléctrica y una baja densidad . Los factores secundarios, según la aplicación, incluyen el costo, la resistencia y el punto de fusión.

Se genera una fuerza electromotriz (EMF) a través de un elemento de sujeción a medida que se mueve en relación con un campo magnético. La fuerza viene dada por la Ley de Inducción de Faraday :

${\displaystyle V_{\mathrm {emf} }=\int _{0}^{L}\left({\vec {v}}_{\mathrm {orb} }\times {\vec {B}}\right)d{\vec {L}}.}$

Sin pérdida de generalidad, se supone que el sistema de anclaje está en órbita terrestre y se mueve en relación con el campo magnético terrestre. De manera similar, si fluye corriente en el elemento de sujeción, se puede generar una fuerza de acuerdo con la ecuación de fuerza de Lorentz.

${\displaystyle {\vec {F}}=\int _{0}^{L}I(L)\,d{\vec {L}}\times {\vec {B}}.}$

En el modo autoalimentado ( modo deorbital ), el sistema de conexión puede utilizar este EMF para conducir la corriente a través de la conexión y otras cargas eléctricas (por ejemplo, resistencias, baterías), emitir electrones en el extremo emisor o recolectar electrones en el extremo opuesto. . En el modo de refuerzo, las fuentes de alimentación a bordo deben superar este EMF en movimiento para impulsar la corriente en la dirección opuesta, creando así una fuerza en la dirección opuesta, como se ve en la figura siguiente, e impulsando el sistema.

Tomemos, por ejemplo, la misión ProSEDS (Propulsive Small Expendable Deployer System) de la NASA, como se ve en la figura anterior. ^{[4] [5] [6] [7] [8]} A 300 km de altitud, el campo magnético de la Tierra, en dirección norte-sur, es de aproximadamente 0,18–0,32  gauss hasta ~40° de inclinación, y la velocidad orbital con con respecto al plasma local es de unos 7500 m/s. Esto da como resultado un rango de V _fem de 35 a 250 V/km a lo largo de los 5 km de longitud de la correa. Este EMF dicta la diferencia de potencial a través de la correa desnuda que controla dónde se recolectan y/o repelen los electrones. Aquí, el sistema de correa de desimpulso ProSEDS está configurado para permitir la recolección de electrones en la sección de mayor altitud con polarización positiva de la correa desnuda y regresar a la ionosfera en el extremo de menor altitud. Este flujo de electrones a lo largo de la correa en presencia del campo magnético de la Tierra crea una fuerza que produce un empuje de arrastre que ayuda a sacar de órbita el sistema, como lo indica la ecuación anterior. El modo de refuerzo es similar al modo de desorbita, excepto por el hecho de que también se inserta una fuente de alimentación de alto voltaje (HVPS) en serie con el sistema de anclaje entre el anclaje y el extremo de mayor potencial positivo. El voltaje de la fuente de alimentación debe ser mayor que el EMF y el polo opuesto. Esto impulsa la corriente en la dirección opuesta, lo que a su vez hace que el extremo de mayor altitud tenga carga negativa, mientras que el extremo de menor altitud tenga carga positiva (suponiendo una órbita estándar de este a oeste alrededor de la Tierra).

Para enfatizar aún más el fenómeno de desaceleración, en la siguiente figura se puede ver un boceto esquemático de un sistema de correa desnudo sin aislamiento (todo desnudo).

Gráficos de corriente y voltaje frente a la distancia de una correa desnuda que funciona en modo generador (desacelerador). ^[9]

La parte superior del diagrama, el punto A , representa el extremo de recolección de electrones. La parte inferior de la atadura, el punto C , es el extremo de emisión de electrones. De manera similar, y representa la diferencia de potencial desde sus respectivos extremos de la atadura hasta el plasma, y ​​es el potencial en cualquier lugar a lo largo de la atadura con respecto al plasma. Finalmente, el punto B es el punto en el que el potencial de la atadura es igual al plasma. La ubicación del punto B variará dependiendo del estado de equilibrio de la correa, que está determinado por la solución de la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL) ${\displaystyle V_{\mathrm {anode} }}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {cathode} }}$ ${\displaystyle V-V_{p}}$

${\displaystyle V_{\mathrm {anode} }+\int _{A}^{C}I(y)\,dR_{t}+R_{\mathrm {load} }I_{C}+V_{\mathrm {emit} }+V_{\mathrm {cathode} }=V_{\mathrm {emf} }}$

y la ley actual de Kirchhoff (KCL)

${\displaystyle I_{AB}=I_{BC}+I_{C}}$

a lo largo de la correa. Aquí , y describen la ganancia actual del punto A al B , la corriente perdida del punto B al C y la corriente perdida en el punto C , respectivamente. ${\displaystyle I_{AB}}$ ${\displaystyle I_{BC}}$ ${\displaystyle I_{C}}$

Dado que la corriente cambia continuamente a lo largo de la longitud desnuda de la correa, la pérdida de potencial debido a la naturaleza resistiva del cable se representa como . A lo largo de una sección infinitesimal de atadura, la resistencia multiplicada por la corriente que viaja a través de esa sección es la pérdida de potencial resistivo. ${\displaystyle \textstyle \int _{A}^{C}I(y)\,dR_{t}}$ ${\displaystyle dR_{t}}$ ${\displaystyle I(y)}$

Después de evaluar KVL y KCL para el sistema, los resultados arrojarán un perfil actual y potencial a lo largo de la correa, como se ve en la figura anterior. Este diagrama muestra que, desde el punto A de la correa hasta el punto B , hay un sesgo de potencial positivo, que aumenta la corriente captada. Por debajo de ese punto, se vuelve negativo y comienza la recolección de corriente iónica. Dado que se necesita una diferencia de potencial mucho mayor para recolectar una cantidad equivalente de corriente iónica (para un área determinada), la corriente total en la correa se reduce en una cantidad menor. Luego, en el punto C , la corriente restante en el sistema pasa a través de la carga resistiva ( ) y se emite desde un dispositivo emisor de electrones ( ) y, finalmente, a través de la vaina de plasma ( ). Luego, el bucle de voltaje KVL se cierra en la ionosfera, donde la diferencia de potencial es efectivamente cero. ${\displaystyle V-V_{p}}$ ${\displaystyle R_{\mathrm {load} }}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {emit} }}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {cathode} }}$

Debido a la naturaleza de los EDT desnudos, a menudo no es opcional tener todo el cable desnudo. Para maximizar la capacidad de empuje del sistema, se debe aislar una parte importante de la correa desnuda. Esta cantidad de aislamiento depende de una serie de efectos, algunos de los cuales son la densidad del plasma, la longitud y el ancho de la correa, la velocidad de órbita y la densidad del flujo magnético de la Tierra.

Correas como generadores

Un objeto espacial, es decir, un satélite en órbita terrestre, o cualquier otro objeto espacial, ya sea natural o creado por el hombre, está físicamente conectado al sistema Tether. El sistema de atadura comprende un dispositivo de despliegue desde el cual una atadura conductora que tiene un segmento desnudo se extiende hacia arriba desde el objeto espacial. El extremo del ánodo con polarización positiva de la correa recoge electrones de la ionosfera a medida que el objeto espacial se mueve en dirección a través del campo magnético de la Tierra. Estos electrones fluyen a través de la estructura conductora de la atadura hasta la interfaz del sistema de energía, donde suministra energía a una carga asociada, que no se muestra. Luego, los electrones fluyen hacia el cátodo polarizado negativamente, donde los electrones son expulsados ​​al plasma espacial, completando así el circuito eléctrico. (fuente: Patente de EE. UU. 6.116.544, "Correa electrodinámica y método de uso".)

Se fija una atadura electrodinámica a un objeto, estando orientada en ángulo con la vertical local entre el objeto y un planeta con un campo magnético. El otro extremo de la correa puede dejarse desnudo, haciendo contacto eléctrico con la ionosfera . Cuando la correa cruza el campo magnético del planeta , genera una corriente y, por lo tanto, convierte parte de la energía cinética del cuerpo en órbita en energía eléctrica. Funcionalmente, los electrones fluyen desde el plasma espacial hacia la correa conductora, pasan a través de una carga resistiva en una unidad de control y son emitidos al plasma espacial como electrones libres a través de un emisor de electrones. Como resultado de este proceso, una fuerza electrodinámica actúa sobre la atadura y el objeto sujeto, lo que ralentiza su movimiento orbital. En un sentido amplio, el proceso puede compararse con un molino de viento convencional: la fuerza de arrastre de un medio resistivo (aire o, en este caso, la magnetosfera) se utiliza para convertir la energía cinética del movimiento relativo (el viento o el impulso del satélite). ) en electricidad. En principio, son posibles generadores de energía compactos de alta corriente y, con hardware básico, parece que se pueden alcanzar decenas, cientos y miles de kilovatios. ^[10]

voltaje y corriente

La NASA ha realizado varios experimentos con correas de generador de motor de plasma (PMG) en el espacio. Uno de los primeros experimentos utilizó una correa conductora de 500 metros. En 1996, la NASA llevó a cabo un experimento con una correa conductora de 20.000 metros. Cuando la correa se desplegó por completo durante esta prueba, la correa en órbita generó un potencial de 3.500 voltios. Esta atadura conductora de una sola línea se cortó después de cinco horas de despliegue. Se cree que la falla fue causada por un arco eléctrico generado por el movimiento de la correa conductora a través del campo magnético de la Tierra. ^[11]

Cuando una correa se mueve a una velocidad ( v ) en ángulo recto con el campo magnético de la Tierra ( B ), se observa un campo eléctrico en el marco de referencia de la correa. Esto se puede expresar como:

E = v * B = v B

La dirección del campo eléctrico ( E ) forma ángulos rectos tanto con la velocidad de la correa ( v ) como con el campo magnético ( B ). Si la correa es un conductor, entonces el campo eléctrico provoca el desplazamiento de cargas a lo largo de la correa. Tenga en cuenta que la velocidad utilizada en esta ecuación es la velocidad orbital de la correa. La velocidad de rotación de la Tierra, o de su núcleo, no es relevante. Al respecto, véase también generador homopolar .

Tensión a través del conductor

Con un cable conductor largo de longitud L , se genera un campo eléctrico E en el cable. Produce un voltaje V entre los extremos opuestos del cable. Esto se puede expresar como:

${\displaystyle V=\mathbf {E} \cdot \mathbf {L} =EL\cos \tau =vBL\cos \tau }$^[12]

donde el ángulo τ está entre el vector de longitud ( L ) de la correa y el vector de campo eléctrico ( E ), que se supone que está en dirección vertical en ángulo recto con el vector de velocidad ( v ) en el plano y el vector de campo magnético ( B ) está fuera del avión.

corriente en el conductor

Una atadura electrodinámica puede describirse como un tipo de "sistema abierto" termodinámicamente . Los circuitos de atadura electrodinámicos no se pueden completar simplemente usando otro cable, ya que otra atadura desarrollará un voltaje similar. Afortunadamente, la magnetosfera de la Tierra no está "vacía" y, en las regiones cercanas a la Tierra (especialmente cerca de la atmósfera terrestre) existen plasmas altamente conductores de electricidad que se mantienen parcialmente ionizados por la radiación solar u otra energía radiante . La densidad de electrones e iones varía según varios factores, como la ubicación, la altitud, la estación, el ciclo de las manchas solares y los niveles de contaminación. Se sabe que un conductor desnudo cargado positivamente puede eliminar fácilmente los electrones libres del plasma. Por lo tanto, para completar el circuito eléctrico, se necesita un área suficientemente grande de conductor no aislado en el extremo superior, cargado positivamente, de la atadura, permitiendo así que la corriente fluya a través de la atadura.

Sin embargo, es más difícil para el extremo opuesto (negativo) de la atadura expulsar electrones libres o recolectar iones positivos del plasma. Es posible que, utilizando un área de recolección muy grande en un extremo de la correa, se puedan recolectar suficientes iones para permitir una corriente significativa a través del plasma. Esto quedó demostrado durante la misión TSS-1R del orbitador Shuttle, cuando el propio transbordador se utilizó como un gran contactor de plasma para proporcionar más de un amperio de corriente. Los métodos mejorados incluyen la creación de un emisor de electrones, como un cátodo termoiónico , un cátodo de plasma, un contactor de plasma o un dispositivo de emisión de electrones de campo . Dado que ambos extremos de la atadura están "abiertos" al plasma circundante, los electrones pueden salir de un extremo de la atadura mientras que un flujo correspondiente de electrones ingresa al otro extremo. De esta manera, el voltaje que se induce electromagnéticamente dentro de la correa puede hacer que la corriente fluya a través del entorno espacial circundante , completando un circuito eléctrico a través de lo que parece ser, a primera vista, un circuito abierto .

Correa actual

La cantidad de corriente ( I ) que fluye a través de una correa depende de varios factores. Uno de ellos es la resistencia total del circuito ( R ). La resistencia del circuito consta de tres componentes:

1. la resistencia efectiva del plasma,
2. la resistencia de la atadura, y
3. una resistencia variable de control.

Además, se necesita una carga parasitaria . La carga de la corriente puede tomar la forma de un dispositivo de carga que, a su vez, carga fuentes de energía de reserva, como baterías. A cambio, las baterías se utilizarán para controlar los circuitos de energía y comunicación, así como para accionar los dispositivos emisores de electrones en el extremo negativo de la correa. Como tal, la correa puede ser completamente autoalimentada, además de la carga inicial de las baterías para proporcionar energía eléctrica para el procedimiento de despliegue y puesta en marcha.

La carga de la batería en carga puede verse como una resistencia que absorbe energía, pero la almacena para su uso posterior (en lugar de disipar el calor inmediatamente). Se incluye como parte de la "resistencia de control". Sin embargo, la carga de la batería no se trata como una "resistencia base", ya que el circuito de carga se puede apagar en cualquier momento. Cuando está apagado, las operaciones pueden continuar sin interrupción utilizando la energía almacenada en las baterías.

Captación/emisión actual para un sistema EDT: teoría y tecnología

Comprender la recolección de corrientes de electrones e iones hacia y desde el plasma ambiental circundante es fundamental para la mayoría de los sistemas EDT. Cualquier sección conductora expuesta del sistema EDT puede recolectar pasivamente (la emisión 'pasiva' y 'activa' se refiere al uso de energía previamente almacenada para lograr el efecto deseado) recolectar corriente de electrones o iones, dependiendo del potencial eléctrico de la nave espacial. cuerpo con respecto al plasma ambiental. Además, la geometría del cuerpo conductor juega un papel importante en el tamaño de la funda y, con ello, en la capacidad total de recogida. Como resultado, existen varias teorías sobre las distintas técnicas de recolección.

Los principales procesos pasivos que controlan la recolección de electrones e iones en un sistema EDT son la recolección de corriente térmica, los efectos de recolección de ariete de iones, la fotoemisión de electrones y posiblemente la emisión secundaria de electrones e iones. Además, la colección a lo largo de una delgada correa desnuda se describe utilizando la teoría del movimiento orbital limitado (OML), así como derivaciones teóricas de este modelo dependiendo del tamaño físico con respecto a la longitud de Debye del plasma. Estos procesos tienen lugar a lo largo de todo el material conductor expuesto de todo el sistema. Los parámetros ambientales y orbitales pueden influir significativamente en la cantidad de corriente captada. Algunos parámetros importantes incluyen la densidad del plasma, la temperatura de los electrones y los iones, el peso molecular de los iones, la intensidad del campo magnético y la velocidad orbital en relación con el plasma circundante.

Luego están las técnicas activas de recolección y emisión involucradas en un sistema EDT. Esto ocurre a través de dispositivos como contactores de plasma de cátodo hueco, cátodos termoiónicos y conjuntos de emisores de campo. Se analiza en profundidad el diseño físico de cada una de estas estructuras, así como las capacidades de emisión actuales.

Correas conductoras desnudas

El concepto de colección actual a una cuerda conductora desnuda fue formalizado por primera vez por Sanmartín y Martínez-Sánchez. ^[9] Señalan que la superficie cilíndrica de recolección de corriente más eficiente en área es aquella que tiene un radio efectivo menor que ~1 longitud de Debye , donde la física de recolección de corriente se conoce como movimiento orbital limitado (OML) en un plasma sin colisiones. A medida que el radio efectivo de la correa conductora desnuda aumenta más allá de este punto, se producen reducciones predecibles en la eficiencia de recolección en comparación con la teoría OML. Además de esta teoría (que se ha derivado para un plasma que no fluye), la acumulación de corriente en el espacio ocurre en un plasma que fluye, lo que introduce otro efecto de recolección. Estas cuestiones se exploran con mayor detalle a continuación.

Teoría del movimiento orbital limitado (OML)

La longitud de Debye del electrón ^[13] se define como la distancia de blindaje característica en un plasma y se describe mediante la ecuación

${\displaystyle \lambda _{\mathrm {De} }\cong {\sqrt {\frac {\varepsilon _{0}T_{e}}{qn_{0}}}}.}$

Esta distancia se puede calcular cuando todos los campos eléctricos del plasma resultantes del cuerpo conductor disminuyen en 1/e. La teoría OML ^[14] se define con el supuesto de que la longitud de Debye del electrón es igual o mayor que el tamaño del objeto y el plasma no fluye. El régimen OML ocurre cuando la vaina se vuelve lo suficientemente gruesa como para que los efectos orbitales se vuelvan importantes en la recolección de partículas. Esta teoría explica y conserva la energía de las partículas y el momento angular. Como resultado, no se recogen todas las partículas que inciden sobre la superficie de la vaina gruesa. El voltaje de la estructura colectora con respecto al plasma ambiental, así como la densidad y temperatura del plasma ambiental, determinan el tamaño de la funda. Este voltaje de aceleración (o desaceleración) combinado con la energía y el impulso de las partículas entrantes determina la cantidad de corriente recolectada a través de la vaina de plasma.

El régimen de límite de movimiento orbital se logra cuando el radio del cilindro es lo suficientemente pequeño como para que todas las trayectorias de partículas entrantes que se recogen terminen en la superficie del cilindro y estén conectadas al plasma de fondo, independientemente de su momento angular inicial (es decir, ninguna está conectada). a otra ubicación en la superficie de la sonda). Dado que, en un plasma sin colisiones casi neutro, la función de distribución se conserva a lo largo de las órbitas de las partículas, tener todas las "direcciones de llegada" pobladas corresponde a un límite superior de la corriente recolectada por unidad de área (no la corriente total). ^[15]

En un sistema EDT, el mejor rendimiento para una masa de atadura determinada es para un diámetro de atadura elegido para que sea menor que la longitud de Debye de un electrón para condiciones ambientales ionosféricas típicas (las condiciones ionosféricas típicas en el rango de altitud de 200 a 2000 km, tienen un rango T_e de 0,1 eV a 0,35 eV, y n_e oscila entre 10^10 m^-3 y 10^12 m^-3), por lo que se encuentra dentro del régimen OML. Se han abordado geometrías de anclaje fuera de esta dimensión. ^[16] La recopilación OML se utilizará como punto de referencia al comparar los resultados de la recopilación actual para varias geometrías y tamaños de correas de muestra.

En 1962 , Gerald H. Rosen derivó la ecuación que ahora se conoce como teoría OML de la carga de polvo. ^[17] Según Robert Merlino de la Universidad de Iowa, Rosen parece haber llegado a la ecuación 30 años antes que nadie. ^[18]

Desviaciones de la teoría OML en un plasma que no fluye

Por diversas razones prácticas, la recopilación actual a un EDT simple no siempre satisface el supuesto de la teoría de recopilación OML. Comprender cómo el rendimiento previsto se desvía de la teoría es importante para estas condiciones. Dos geometrías comúnmente propuestas para un EDT implican el uso de un alambre cilíndrico y una cinta plana. Siempre que la correa cilíndrica tenga menos de una longitud de Debye en radio, se recolectará de acuerdo con la teoría OML. Sin embargo, una vez que el ancho excede esta distancia, la colección se desvía cada vez más de esta teoría. Si la geometría de la correa es una cinta plana, entonces se puede utilizar una aproximación para convertir el ancho de la cinta normalizada a un radio de cilindro equivalente. Esto lo hicieron por primera vez Sanmartin y Estes ^[19] y, más recientemente, utilizaron el solucionador de plasma cinético bidimensional (KiPS 2-D) de Choiniere et al. ^[15]

Efecto plasma fluido

Actualmente no existe una solución cerrada que tenga en cuenta los efectos del flujo de plasma en relación con la correa desnuda. Sin embargo, la simulación numérica ha sido desarrollada recientemente por Choiniere et al. utilizando KiPS-2D que puede simular casos fluidos para geometrías simples con altos potenciales de polarización. ^{[20] [21]} Se ha discutido este análisis de plasma fluido en su aplicación a las EDT. ^[16] Este fenómeno se está investigando actualmente a través de trabajos recientes y no se comprende completamente.

colección de cuerpo final

Esta sección analiza la teoría de la física del plasma que explica la recolección pasiva de corriente en un cuerpo conductor grande que se aplicará al final de una correa de ED. Cuando el tamaño de la vaina es mucho menor que el radio del cuerpo colector, dependiendo de la polaridad de la diferencia entre el potencial de la correa y el del plasma ambiental, (V – Vp), se supone que todos los Los electrones o iones entrantes que entran en la vaina del plasma son recogidos por el cuerpo conductor. ^{[13] [15]} Se analiza esta teoría de la 'vaina delgada' que involucra plasmas que no fluyen y luego se presentan las modificaciones a esta teoría para el plasma que fluye. Luego se discutirán otros mecanismos de recaudación actuales. Toda la teoría presentada se utiliza para desarrollar un modelo de recopilación actual que tenga en cuenta todas las condiciones encontradas durante una misión EDT.

Teoría de la colección pasiva

En un plasma casi neutro que no fluye y sin campo magnético, se puede suponer que un objeto conductor esférico se acumulará igualmente en todas las direcciones. La recolección de electrones e iones en el cuerpo final se rige por el proceso de recolección térmica, que está dado por Ithe e Ithi. ^[22]

Modo de recolección de electrones de plasma fluido.

El siguiente paso en el desarrollo de un modelo más realista para la recolección de corriente es incluir los efectos del campo magnético y los efectos del flujo de plasma. Suponiendo un plasma sin colisiones, los electrones y los iones giran alrededor de las líneas del campo magnético mientras viajan entre los polos alrededor de la Tierra debido a las fuerzas de espejo magnético y la deriva de la curvatura del gradiente. ^[23] Giran en un radio y frecuencia particulares que dependen de su masa, la intensidad del campo magnético y la energía. Estos factores deben ser considerados en los modelos de cobranza actuales.

Un esquema compuesto del complejo conjunto de efectos físicos y características observados en el entorno cercano del satélite TSS. ^[24]

Modelo de recolección de iones de plasma fluido.

Cuando el cuerpo conductor está polarizado negativamente con respecto al plasma y viaja por encima de la velocidad térmica del ión, existen mecanismos de recolección adicionales en funcionamiento. Para las órbitas terrestres bajas (LEO) típicas, entre 200 km y 2000 km, ^[25] las velocidades en un marco de referencia inercial oscilan entre 7,8 km/s y 6,9 km/s para una órbita circular y los pesos moleculares atmosféricos oscilan entre 25,0 uma. (O+, O2+ y NO+) a 1,2 uma (principalmente H+), respectivamente. ^{[26] [27] [28]} Suponiendo que las temperaturas de los electrones y los iones oscilan entre ~0,1 eV y 0,35 eV, la velocidad del ion resultante oscila entre 875 m/s y 4,0 km/s desde 200 km hasta 2000 km de altitud, respectivamente. Los electrones viajan a aproximadamente 188 km/s por todo LEO. Esto significa que el cuerpo en órbita viaja más rápido que los iones y más lento que los electrones, o a una velocidad mesosónica. Esto da como resultado un fenómeno único mediante el cual el cuerpo en órbita "choca" a través de los iones circundantes en el plasma creando un efecto similar a un haz en el marco de referencia del cuerpo en órbita.

Cuerpos terminales porosos

Se han propuesto cuerpos finales porosos como una manera de reducir la resistencia de un cuerpo final colector manteniendo idealmente una colección actual similar. A menudo se modelan como cuerpos terminales sólidos, excepto que representan un pequeño porcentaje del área de superficie de las esferas sólidas. Sin embargo, esto es una simplificación extrema del concepto. Queda mucho por aprender sobre las interacciones entre la estructura de la funda, la geometría de la malla, el tamaño del cuerpo final y su relación con la colección actual. Esta tecnología también tiene el potencial de resolver una serie de problemas relacionados con las EDT. Los rendimientos decrecientes con la corriente de recolección y el área de arrastre han establecido un límite que las correas porosas podrían superar. Stone et al. han realizado trabajos sobre la colección actual utilizando esferas porosas . ^{[29] [30]} y Khazanov et al. ^[31]

Se ha demostrado que se puede estimar la corriente máxima recogida por una esfera de rejilla en comparación con la reducción de masa y resistencia. La resistencia por unidad de corriente recogida para una esfera de rejilla con una transparencia del 80 al 90% es aproximadamente 1,2 – 1,4 veces menor que la de una esfera sólida del mismo radio. La reducción de masa por unidad de volumen, para esta misma comparación, es de 2,4 a 2,8 veces. ^[31]

Otros métodos de recogida actuales

Además de la recolección térmica de electrones, otros procesos que podrían influir en la recolección de corriente en un sistema EDT son la fotoemisión, la emisión secundaria de electrones y la emisión secundaria de iones. Estos efectos se refieren a todas las superficies conductoras de un sistema EDT, no sólo al cuerpo final.

Límites de carga espacial a través de vainas de plasma

En cualquier aplicación donde se emiten electrones a través de un espacio de vacío, existe una corriente máxima permitida para una polarización determinada debido a la autorrepulsión del haz de electrones. Este límite de carga espacial 1-D clásico (SCL) se deriva para partículas cargadas de energía inicial cero y se denomina Ley de Child-Langmuir. ^{[32] [33] [34]} Este límite depende del área de la superficie de emisión, la diferencia de potencial a través de la brecha de plasma y la distancia de esa brecha. Se puede encontrar más discusión sobre este tema. ^{[35] [36] [37] [38]}

Emisores de electrones

Hay tres tecnologías de emisión de electrones activos que generalmente se consideran para aplicaciones de EDT: contactores de plasma de cátodo hueco (HCPC), cátodos termoiónicos (TC) y cátodos de emisión de campo (FEC), a menudo en forma de conjuntos de emisores de campo (FEA). Se presentarán las configuraciones a nivel del sistema para cada dispositivo, así como los costos, beneficios y validación relativos.

Cátodo termoiónico (TC)

La emisión termoiónica es el flujo de electrones desde una superficie de metal u óxido metálico cargado y calentado, causado por la energía vibratoria térmica que supera la función de trabajo (fuerzas electrostáticas que mantienen los electrones en la superficie). La densidad de corriente de emisión termoiónica, J, aumenta rápidamente al aumentar la temperatura, liberando una cantidad significativa de electrones al vacío cerca de la superficie. La relación cuantitativa está dada en la ecuación.

${\displaystyle J_{the}=A_{R}T^{2}e^{-\phi /(kt)}.}$

Esta ecuación se llama ecuación de Richardson-Dushman o de Richardson. (ф es aproximadamente 4,54 eV y AR ~120 A/cm2 para tungsteno). ^[39]

Una vez que los electrones se emiten termoiónicamente desde la superficie del TC, requieren un potencial de aceleración para cruzar un espacio o, en este caso, la vaina de plasma. Los electrones pueden alcanzar esta energía necesaria para escapar del SCL de la vaina de plasma si se utiliza una rejilla acelerada o un cañón de electrones. La ecuacion

${\displaystyle \Delta V_{tc}=\left[{\frac {\eta \cdot I_{t}}{\rho }}\right]^{2/3}}$

muestra qué potencial se necesita a través de la red para emitir una determinada corriente que ingresa al dispositivo. ^{[40] [41]}

Aquí, η es la eficiencia del conjunto del cañón de electrones (EGA) (~0,97 en TSS-1), ρ es la permeabilidad del EGA (7,2 micropervs en TSS-1), ΔV _tc es el voltaje a través de la rejilla de aceleración del EGA, y I _t es la corriente emitida. ^[40] La perveancia define la corriente limitada de carga espacial que puede emitirse desde un dispositivo. La siguiente figura muestra ejemplos comerciales de emisores termoiónicos y cañones de electrones producidos en Heatwave Labs Inc.

Ejemplo de un electrón emitiendo a) Emisor termoiónico y un electrón acelerando b) Conjunto de pistola de electrones. ^[42]

La emisión de electrones TC se producirá en uno de dos regímenes diferentes: temperatura o flujo de corriente limitado por carga espacial. Para un flujo con temperatura limitada, se emite cada electrón que obtiene suficiente energía para escapar de la superficie del cátodo, asumiendo que el potencial de aceleración del cañón de electrones es lo suficientemente grande. En este caso, la corriente de emisión está regulada por el proceso de emisión termoiónica, dado por la ecuación de Richardson Dushman. En el flujo de corriente de electrones SCL hay tantos electrones emitidos desde el cátodo que no todos son acelerados lo suficiente por el cañón de electrones para escapar de la carga espacial. En este caso, el potencial de aceleración del cañón de electrones limita la corriente de emisión. El siguiente cuadro muestra las corrientes limitantes de temperatura y los efectos SCL. A medida que aumenta la energía del haz de electrones, se puede observar que aumenta el total de electrones que escapan. Las curvas que se vuelven horizontales son casos limitados por temperatura.

Características típicas de voltaje de corriente del conjunto generador de electrones (EGA) medidas en una cámara de vacío.

Cátodo de emisión de campo (FEC)

Emisión de campo

En la emisión de electrones de campo , los electrones atraviesan una barrera de potencial, en lugar de escapar sobre ella como en la emisión termoiónica o la fotoemisión. ^[43] Para un metal a baja temperatura, el proceso se puede entender en términos de la figura siguiente. El metal puede considerarse una caja de potencial, llena de electrones hasta el nivel de Fermi (que se encuentra varios electronvoltios por debajo del nivel de vacío). El nivel de vacío representa la energía potencial de un electrón en reposo fuera del metal en ausencia de un campo externo. En presencia de un campo eléctrico intenso, el potencial fuera del metal se deformará a lo largo de la línea AB, de modo que se forma una barrera triangular a través de la cual los electrones pueden hacer un túnel. Los electrones se extraen de la banda de conducción con una densidad de corriente dada por la ecuación de Fowler-Nordheim

${\displaystyle J_{the}=A_{FN}\cdot E_{FN}^{2}\cdot e^{-B_{FN}/E_{FN}}.}$

Esquema de niveles de energía para la emisión de campo de un metal a temperatura de cero absoluto. ^[43]

AFN y BFN son las constantes determinadas por mediciones del FEA con unidades de A/V2 y V/m, respectivamente. EFN es el campo eléctrico que existe entre la punta emisora ​​de electrones y la estructura polarizada positivamente que extrae los electrones. Las constantes típicas para cátodos tipo Spindt incluyen: AFN = 3,14 x 10-8 A/V2 y BFN = 771 V/m. (Hoja de datos del Instituto de Investigación de Stanford). Por lo general, una estructura aceleradora se coloca muy cerca del material emisor, como se muestra en la siguiente figura. ^[44] La proximidad ( escala micrométrica ) entre el emisor y la compuerta, combinada con estructuras de enfoque naturales o artificiales, proporciona de manera eficiente las altas intensidades de campo necesarias para la emisión con voltaje y potencia aplicados relativamente bajos.

Se probó con éxito un cátodo de emisión de campo de nanotubos de carbono en el experimento de sujeción electrodinámica KITE en el vehículo de transferencia japonés H-II. ^[45]

Los cátodos de emisión de campo suelen tener la forma de conjuntos de emisores de campo (FEA), como el diseño de cátodo de Spindt et al. La siguiente figura muestra imágenes visuales en primer plano de un emisor Spindt. ^{[46] [47] [48]}

Imágenes ampliadas de un conjunto de emisores de campo (fotografía SEM de un cátodo de anillo SRI desarrollada para la Iniciativa de Microelectrónica de Vacío ARPA/NRL/NASA por Capp Spindt)

Se ha desarrollado una variedad de materiales para conjuntos de emisores de campo, que van desde silicio hasta puntas de molibdeno fabricadas con semiconductores con puertas integradas y una placa de nanotubos de carbono distribuidos aleatoriamente con una estructura de puerta separada suspendida encima. ^[44] Las ventajas de las tecnologías de emisión de campo sobre los métodos alternativos de emisión de electrones son:

1. No se requieren consumibles (gas) ni consideraciones de seguridad resultantes para el manejo de un recipiente presurizado.
2. Una capacidad de bajo consumo
3. Tener impactos de potencia moderados debido a límites de carga espacial en la emisión de electrones al plasma circundante.

Una cuestión importante a considerar para los emisores de campo es el efecto de la contaminación. Para lograr la emisión de electrones a bajos voltajes, las puntas del conjunto de emisores de campo se construyen en tamaños de escala de nivel micrométrico. Su desempeño depende de la construcción precisa de estas pequeñas estructuras. También dependen de que estén construidos con un material que posea una baja función laboral. Estos factores pueden hacer que el dispositivo sea extremadamente sensible a la contaminación, especialmente por hidrocarburos y otras moléculas grandes que se polimerizan fácilmente. ^[44] Las técnicas para evitar, eliminar u operar en presencia de contaminaciones en pruebas terrestres y entornos ionosféricos (por ejemplo, desgasificación de naves espaciales) son fundamentales. La investigación en la Universidad de Michigan y en otros lugares se ha centrado en este problema de desgasificación. Se están desarrollando como posibles soluciones carcasas protectoras, limpieza electrónica, revestimientos robustos y otras características de diseño. ^[44] Los FEA utilizados para aplicaciones espaciales aún requieren la demostración de estabilidad a largo plazo, repetibilidad y confiabilidad del funcionamiento en potenciales de puerta apropiados para las aplicaciones espaciales. ^[49]

cátodo hueco

Los cátodos huecos emiten una densa nube de plasma al ionizar primero un gas. Esto crea una columna de plasma de alta densidad que entra en contacto con el plasma circundante. La región entre la columna de alta densidad y el plasma circundante se denomina doble vaina o doble capa. Esta doble capa son esencialmente dos capas de carga adyacentes. La primera capa es una capa positiva en el borde del plasma de alto potencial (la nube de plasma del contactor). La segunda capa es una capa negativa en el borde del plasma de bajo potencial (el plasma ambiental). Varias personas han realizado más investigaciones sobre el fenómeno de la doble capa. ^{[50] [51] [52] [53]} Un tipo de cátodo hueco consiste en un tubo metálico revestido con un inserto de tungsteno impregnado con óxido de bario sinterizado, cubierto en un extremo por una placa con un pequeño orificio, como se muestra en la siguiente figura. . ^{[54] [55]} Los electrones se emiten desde el inserto impregnado de óxido de bario mediante emisión termoiónica. Un gas noble fluye hacia la región de inserción del HC y es parcialmente ionizado por los electrones emitidos que son acelerados por un campo eléctrico cerca del orificio (el xenón es un gas común utilizado para los HC ya que tiene una energía de ionización específica baja (potencial de ionización por unidad de masa). Para fines de EDT, una masa más baja sería más beneficiosa porque la masa total del sistema sería menor. Este gas solo se usa para el intercambio de carga y no para la propulsión). Muchos de los átomos de xenón ionizados se aceleran hacia las paredes donde su energía mantiene la temperatura de emisión termoiónica. El xenón ionizado también sale por el orificio. Los electrones se aceleran desde la región del inserto, a través del orificio hasta el retenedor, que siempre tiene una polarización más positiva.

Esquema de un sistema de cátodo hueco. ^[54]

En el modo de emisión de electrones, el plasma ambiental está polarizado positivamente con respecto al guardián. En el plasma del contactor, la densidad de los electrones es aproximadamente igual a la densidad de los iones. Los electrones de mayor energía fluyen a través de la nube de iones que se expande lentamente, mientras que los electrones de menor energía quedan atrapados dentro de la nube por el potencial guardián. ^[55] Las altas velocidades de los electrones conducen a corrientes de electrones mucho mayores que las corrientes de iones de xenón. Por debajo del límite de saturación de emisión de electrones, el contactor actúa como una sonda emisora ​​bipolar. Cada ion saliente generado por un electrón permite que se emitan varios electrones. Este número es aproximadamente igual a la raíz cuadrada de la relación entre la masa del ion y la masa del electrón.

En el siguiente cuadro se puede ver cómo se ve una curva IV típica para un cátodo hueco en modo de emisión de electrones. Dada una cierta geometría de guardián (el anillo en la figura anterior por el que salen los electrones), el caudal de iones y Vp, se puede determinar el perfil IV. ^{[54] [55] [56]} [111-113].

Curva característica IV típica para un cátodo hueco. ^[56]

El funcionamiento del HC en el modo de recolección de electrones se denomina modo de funcionamiento de contacto con plasma (o encendido). El "modo encendido" se denomina así porque indica que se pueden lograr niveles de corriente de varios amperios utilizando la caída de voltaje en el contactor de plasma. Esto acelera los electrones del plasma espacial que ionizan el flujo de propulsor neutro desde el contactor. Si las corrientes de recolección de electrones son altas y/o las densidades de electrones ambientales son bajas, la vaina en la que se mantiene la recolección de corriente de electrones simplemente se expande o se contrae hasta que se recolecta la corriente requerida.

Además, la geometría afecta la emisión del plasma del HC como se ve en la siguiente figura. Aquí se puede observar que, dependiendo del diámetro y espesor del retén y de la distancia del mismo respecto al orificio, el porcentaje de emisión total puede verse afectado. ^[57]

Esquema típico que detalla la geometría de las emisiones de HC. ^[57]

Resumen de recogida y emisión de plasma.

Todas las técnicas de emisión y recolección de electrones se pueden resumir en la siguiente tabla. Para cada método hay una descripción de si los electrones o iones en el sistema aumentaron o disminuyeron en función del potencial de la nave espacial con respecto al plasma. Electrones (e-) e iones (iones+) indican que el número de electrones o iones aumenta ( ↑) o reduce (↓). Además, para cada método se aplican algunas condiciones especiales (consulte las secciones respectivas de este artículo para obtener más aclaraciones sobre cuándo y dónde se aplica).

Para su uso en el modelado de sistemas EDT, cada uno de los modelos de teoría de emisión y recolección pasiva de electrones se ha verificado reproduciendo ecuaciones y resultados publicados anteriormente. Estos gráficos incluyen: teoría limitada del movimiento orbital, ^[15] colección Ram y colección térmica, ^[58] fotoemisión, ^[59] emisión secundaria de electrones, ^[60] y emisión secundaria de iones. ^{[61] [62] [63] [64]}

Fundamentos del sistema de amarre electrodinámico

Para integrar todos los emisores, colectores y teorías de electrones más recientes en un solo modelo, primero se debe definir y derivar el sistema EDT. Una vez logrado esto, será posible aplicar esta teoría para determinar optimizaciones de los atributos del sistema.

Hay una serie de derivaciones que resuelven numéricamente los potenciales y corrientes involucrados en un sistema EDT. ^{[65] [66] [67] [68]} Se describe la derivación y la metodología numérica de un sistema EDT completo que incluye una sección de correa desnuda, una correa conductora aislante, emisores de cuerpo final de electrones (e iones) y recolección pasiva de electrones. A esto le sigue el modelo de correa simplificado y totalmente aislado. Luego se discutirán los fenómenos especiales de EDT y la verificación del modelo del sistema EDT utilizando datos de misiones experimentales.

Derivación del sistema de anclaje desnudo

Una nota importante sobre la derivación EDT se refiere al cuerpo celeste alrededor del cual orbita el sistema Tether. Por motivos prácticos, se utilizará la Tierra como el cuerpo que orbita; sin embargo, esta teoría se aplica a cualquier cuerpo celeste con ionosfera y campo magnético.

Las coordenadas son lo primero que hay que identificar. A los efectos de esta derivación, los ejes x e y se definen como las direcciones este-oeste y norte-sur con respecto a la superficie de la Tierra, respectivamente. El eje z se define como de arriba a abajo desde el centro de la Tierra, como se ve en la siguiente figura. Los parámetros (campo magnético B , longitud de la correa L y velocidad orbital v _orb ) son vectores que se pueden expresar en términos de este sistema de coordenadas, como en las siguientes ecuaciones:

${\displaystyle \mathbf {B} =B_{x}{\hat {x}}+B_{y}{\hat {y}}+B_{z}{\hat {z}}}$ (el vector del campo magnético),

${\displaystyle \mathbf {L} =L\cos \alpha _{\mathrm {out} }\sin \alpha _{\mathrm {in} }{\hat {x}}+L\sin \alpha _{\mathrm {out} }{\hat {y}}+L\cos \alpha _{\mathrm {out} }\cos \alpha _{\mathrm {in} }{\hat {z}}}$ (el vector de posición de la correa), y

${\displaystyle \mathbf {v} _{\mathrm {orb} }=v_{\mathrm {orb} }\cos \lambda _{\mathrm {out} }\sin \lambda _{\mathrm {in} }{\hat {x}}+v_{\mathrm {orb} }\sin \lambda _{\mathrm {out} }{\hat {y}}+v_{\mathrm {orb} }\cos \lambda _{\mathrm {out} }\cos \lambda _{\mathrm {in} }{\hat {z}}}$ (el vector de velocidad orbital).

Los componentes del campo magnético se pueden obtener directamente del modelo del Campo de Referencia Geomagnético Internacional (IGRF). Este modelo se compila a partir de un esfuerzo de colaboración entre los modeladores de campos magnéticos y los institutos involucrados en la recopilación y difusión de datos de campos magnéticos de satélites y de observatorios y estudios de todo el mundo. Para esta derivación, se supone que las líneas del campo magnético tienen el mismo ángulo a lo largo de la longitud de la correa y que la correa es rígida.

Vector de velocidad orbital

De manera realista, las fuerzas electrodinámicas transversales hacen que la correa se doble y se aleje de la vertical local. Las fuerzas del gradiente de gravedad producen entonces una fuerza de restauración que tira de la correa hacia la vertical local; sin embargo, esto da como resultado un movimiento pendular (las fuerzas del gradiente de gravedad también dan como resultado movimientos pendulares sin fuerzas ED). La dirección B cambia a medida que la correa orbita alrededor de la Tierra y, por lo tanto, la dirección y magnitud de las fuerzas ED también cambian. Este movimiento pendular puede convertirse en libraciones complejas tanto en la dirección dentro como fuera del plano. Luego, debido al acoplamiento entre el movimiento en el plano y las oscilaciones elásticas longitudinales, así como al acoplamiento entre los movimientos dentro y fuera del plano, una atadura electrodinámica operada a una corriente constante puede agregar continuamente energía a los movimientos de libración. Este efecto tiene entonces la posibilidad de hacer que las amplitudes de libración crezcan y eventualmente causen oscilaciones salvajes, incluida una como el "efecto de saltar la cuerda", ^[69] pero eso está más allá del alcance de esta derivación. En un sistema EDT no giratorio (un sistema giratorio, llamado Momentum Exchange Electrodynamic Reboost [MXER]), la atadura está predominantemente en la dirección z debido a la alineación natural del gradiente de gravedad con la Tierra.

Derivaciones

La siguiente derivación describirá la solución exacta del sistema que tiene en cuenta todas las cantidades vectoriales involucradas, y luego una segunda solución con la condición nominal donde el campo magnético, la velocidad orbital y la orientación de la correa son todos perpendiculares entre sí. La solución final del caso nominal se resuelve simplemente en términos de la densidad electrónica, n_e, la resistencia de la correa por unidad de longitud, R_t, y la potencia de la fuente de alimentación de alto voltaje, P_hvps.

La siguiente figura describe un sistema EDT típico en una configuración de puerta con polarización en serie (se ha presentado una descripción adicional de los diversos tipos de configuraciones analizadas ^[16] ) con una ampliación de una sección infinitesimal de correa desnuda. Esta figura está configurada simétricamente para que cualquiera de los extremos pueda usarse como ánodo. Este sistema de sujeción es simétrico porque los sistemas de sujeción giratorios necesitarán utilizar ambos extremos como ánodos y cátodos en algún punto de su rotación. El V_hvps solo se usará en el extremo del cátodo del sistema EDT y, de lo contrario, se apagará.

(a) Un diagrama de circuito de un segmento de cable desnudo con (b) un modelo de circuito de sistema EDT equivalente que muestra la configuración de puerta con polarización en serie y puesta a tierra.

La dirección dentro y fuera del plano está determinada por el vector de velocidad orbital del sistema. Una fuerza en el plano está en la dirección de viaje. Agregará o eliminará energía a la órbita, aumentando así la altitud al cambiar la órbita a una elíptica. Una fuerza fuera del plano tiene dirección perpendicular al plano de desplazamiento, lo que provoca un cambio en la inclinación. Esto se explicará en la siguiente sección.

Para calcular las direcciones dentro y fuera del plano, se deben obtener las componentes de los vectores velocidad y campo magnético y calcular los valores de fuerza. El componente de la fuerza en la dirección de avance servirá para mejorar las capacidades de elevación de la órbita, mientras que el componente del empuje fuera del plano alterará la inclinación. En la siguiente figura, el vector del campo magnético está únicamente en la dirección norte (o eje y), y se pueden ver las fuerzas resultantes en una órbita, con cierta inclinación. Una órbita sin inclinación tendría todo el empuje en la dirección del plano. ^[70]

Se han realizado trabajos para estabilizar las libraciones del sistema de correa para evitar la desalineación de la correa con el gradiente de gravedad. La siguiente figura muestra los efectos de arrastre que encontrará un sistema EDT en una órbita típica. El ángulo dentro del plano, α_ip, y el ángulo fuera del plano, α_op, se pueden reducir aumentando la masa final del sistema o empleando tecnología de retroalimentación. ^[69] Cualquier desviación en la alineación de la gravedad debe entenderse y tenerse en cuenta en el diseño del sistema.

Viaje interestelar

Se ha considerado e investigado una aplicación del sistema EDT para viajes interestelares utilizando el medio interestelar local de la Burbuja Local . Se ha descubierto que es factible utilizar el sistema EDT para suministrar energía a bordo con una tripulación de 50 personas y un requerimiento de 12 kilovatios por persona. La generación de energía se logra a expensas de la energía cinética de la nave espacial. A la inversa, el sistema EDT podría usarse para acelerar. Sin embargo, se ha descubierto que esto es ineficaz. Es posible realizar giros sin empuje utilizando el sistema EDT para permitir la corrección del rumbo y el encuentro en el espacio interestelar. Sin embargo, no permitirá un giro rápido sin empuje para permitir que una nave estelar vuelva a entrar en un haz de energía o realice numerosos pases solares debido a un radio de giro extremadamente grande de 3,7*10 13 ^km (~3,7 años luz ). ^[71]

Ver también

• ESTRELLAS-II
• HTV-6
• Propulsión de correa
• El campo magnético de la Tierra
• Satélite de amarre
• Electricidad atmosférica
• STS-75
• Vela magnética
• vela electrica
• Propulsión de naves espaciales

Referencias

información general

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Citas

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65. Dobrowolny, M., "Electrodinámica de ataduras metálicas largas en el plasma ionosférico", Radio Science, vol. 13, núm. 3, 1978, págs. 417–424.
66. Arnold, DA y Dobrowolny, M., "Modelo de línea de transmisión de la interacción de un cable metálico largo con la ionosfera", Radio Science, vol. 15, núm. 6, 1980, págs. 1149-1161.
67. Dobrowolny, M., Vannaroni, G. y DeVenuto, F., "Desorbitación electrodinámica de satélites LEO", Nuovo Cimento, vol. 23C, núm. 1, 2000, págs. 1–21.
68. Dobrowolny, M., Colombo, G. y Grossi, MD, "Electrodinámica de correas conductoras largas en el entorno cercano a la Tierra", Informe provisional del Observatorio Astrofísico Smithsonian, 1976, págs.
69. Hoyt, RP, "Estabilización de ataduras electrodinámicas", 38ª conferencia y exposición conjunta de propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE, 2002, págs.
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71. "Aplicaciones de la atadura electrodinámica a los viajes interestelares" Gregory L. Matloff, Less Johnson, febrero de 2005

Otras lecturas

• Dobrowolny, M. (1979). Fenómenos de ondas y partículas inducidos por una atadura electrodinámica . Informe especial de SAO, 388. Cambridge, Mass: Observatorio Astrofísico del Instituto Smithsonian.
• Williamson, PR (1986). Características de alta tensión del amarre electrodinámico y del informe final de generación de energía y propulsión . [Informe del contratista de la NASA], NASA CR-178949. Washington, DC: Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.

enlaces externos

Patentes relacionadas

• Patente estadounidense 3.174.705 , " Estación espacial y sistema para operar la misma ".
• Patente estadounidense 3.205.381 , " Batería ionosférica ".
• Patente estadounidense 4.097.010 , " Satélite conectado mediante una larga correa a una nave espacial propulsada ".
• Patente estadounidense 6.116.544 , " Correa electrodinámica y método de uso ".

Publicaciones

• Samanta Roy, Rhode Island; Hastings, DE; Ahedo, E. (1992). "Análisis de sistemas de ataduras electrodinámicas". Cohetes J Spacecr . 29 (3): 415–424. Código Bib : 1992JSpRo..29..415S. doi :10.2514/3.26366.
• Ahedo, E.; Sanmartin, JR (marzo-abril de 2002). "Análisis de sistemas desnudos para la salida de órbita de satélites de órbita terrestre baja". Cohetes J Spacecr . 39 (2): 198–205. Código Bib : 2002JSpRo..39..198A. doi :10.2514/2.3820.
• Peláez, J.; Sánchez-Arriaga, G.; Sanjurjo-Rivo, M. (octubre de 2012). Correas electrodinámicas autoequilibradas para la mitigación de desechos espaciales. 57ª Conferencia Astronáutica Internacional. Valencia, España: AIAA . doi :10.2514/6.IAC-06-B6.4.03. ISBN 978-1-62410-042-0. Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
• Cosmo, ML y EC Lorenzini, " Tethers in Space Handbook " (3ª ed.). Preparado para NASA/MSFC por el Observatorio Astrofísico Smithsonian, Cambridge, MA, diciembre de 1997. ( PDF )
• Estes, RD; Lorenzini, CE; Sanmartín, JR; Martínez-Sánchez, M.; Savich, NA (diciembre de 1995). "Nuevas correas de alta corriente: ¿una fuente de energía viable para la estación espacial? Un documento técnico" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 18 de febrero de 2006.
• Savich, NA; Sanmartín, JR (1994). "Correa electrodinámica corta y de alta corriente". Proc. En t. Mesa redonda sobre Tethers en el espacio . pag. 417.
• McCoy, James E.; et al. (Abril de 1995). "Resultados del experimento de vuelo del motor-generador de plasma (PMG)". Actas de la cuarta conferencia internacional sobre Tethers en el espacio . Washington DC. págs. 57–84.

Otros artículos

• " Amarres electrodinámicos Archivado el 17 de mayo de 2011 en la Wayback Machine ". Tethers.com.
• " Sistema de amarre electrodinámico Shuttle (SETS) ".
• Enrico Lorenzini y Juan Sanmartín, " Tethers electrodinámicos en el espacio; al explotar leyes físicas fundamentales, los tethers pueden proporcionar energía eléctrica, resistencia, empuje y gravedad artificial de bajo costo para los vuelos espaciales ". Científico americano, agosto de 2004.
• " Correas ". Guía de estudios de astronomía, BookRags.
• David P. Stern, " El experimento Space Tether ". 25 de noviembre de 2001.