Amarração eletrodinâmica - Electrodynamic tether

A visualização em close-up médio, capturada com uma câmera de 70 mm, mostra a implantação do sistema de satélite conectado .

Amarras eletrodinâmicas ( EDTs ) são extensas realização de fios , como uma implantado a partir de um satélite de corda, que pode operar em eletromagnéticas como princípios geradores , convertendo a sua energia cinética para energia elétrica , ou como motores , a conversão de energia elétrica em energia cinética. O potencial elétrico é gerado através de uma corda condutiva por seu movimento através do campo magnético de um planeta.

Uma série de missões demonstraram amarras eletrodinâmicas no espaço, mais notavelmente os experimentos TSS-1 , TSS-1R e Plasma Motor Generator (PMG).

Propulsão de corda

Como parte de um sistema de propulsão por amarras , as naves podem usar condutores longos e fortes (embora nem todas as amarras sejam condutoras) para alterar as órbitas da espaçonave . Tem potencial para tornar as viagens espaciais significativamente mais baratas. Quando a corrente contínua é aplicada à corda, ela exerce uma força de Lorentz contra o campo magnético, e a corda exerce uma força no veículo. Ele pode ser usado para acelerar ou frear uma espaçonave em órbita.

Em 2012, a empresa Star Technology and Research recebeu um contrato de US $ 1,9 milhão para qualificar um sistema de propulsão de corda para remoção de detritos orbitais .

Usos para tethers ED

Ao longo dos anos, numerosas aplicações de amarras eletrodinâmicas foram identificadas para uso potencial na indústria, governo e exploração científica. A tabela abaixo é um resumo de algumas das aplicações potenciais propostas até agora. Alguns desses aplicativos são conceitos gerais, enquanto outros são sistemas bem definidos. Muitos desses conceitos se sobrepõem a outras áreas; no entanto, eles são simplesmente colocados sob o título mais apropriado para os fins desta tabela. Todos os aplicativos mencionados na tabela são elaborados no Manual do Tethers. Três conceitos fundamentais que as amarras possuem são gradientes de gravidade, troca de momento e eletrodinâmica. Os possíveis aplicativos de amarração podem ser vistos abaixo:

Reinicialização ISS

O EDT foi proposto para manter a órbita da ISS e economizar nas despesas de reinicializações do propelente químico. Isso pode melhorar a qualidade e a duração das condições de microgravidade.

Fundamentos de amarração eletrodinâmica

Ilustração do conceito EDT

A escolha do condutor de metal a ser usado em uma amarração eletrodinâmica é determinada por uma variedade de fatores. Os fatores primários geralmente incluem alta condutividade elétrica e baixa densidade . Os fatores secundários, dependendo da aplicação, incluem custo, resistência e ponto de fusão.

Uma força eletromotriz (EMF) é gerada através de um elemento de amarração conforme ele se move em relação a um campo magnético. A força é dada pela Lei de Indução de Faraday :

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

Sem perda de generalidade, assume-se que o sistema de amarração está na órbita da Terra e se move em relação ao campo magnético da Terra. Da mesma forma, se a corrente flui no elemento de amarração, uma força pode ser gerada de acordo com a equação de força de Lorentz

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

No modo autoalimentado (modo desorbit ), este EMF pode ser usado pelo sistema de amarração para conduzir a corrente através da amarração e outras cargas elétricas (por exemplo, resistores, baterias), emitir elétrons na extremidade emissora ou coletar elétrons na extremidade oposta . No modo de reforço, as fontes de alimentação on-board devem superar este EMF de movimento para conduzir a corrente na direção oposta, criando assim uma força na direção oposta, como visto na figura abaixo, e reforçando o sistema.

Tome, por exemplo, a missão do Sistema de Implantação de Pequenos Expendíveis Propulsivos da NASA (ProSEDS), conforme visto na figura acima. A 300 km de altitude, o campo magnético da Terra, na direção norte-sul, é de aproximadamente 0,18-0,32  gauss até uma inclinação de ~ 40 °, e a velocidade orbital em relação ao plasma local é de cerca de 7500 m / s. Isso resulta em uma faixa de V _emf de 35–250 V / km ao longo do comprimento de 5 km de corda. Este EMF determina a diferença de potencial através da corda desencapada que controla onde os elétrons são coletados e / ou repelidos. Aqui, o sistema de tether de redução do ProSEDS é configurado para permitir a coleta de elétrons para a seção de maior altitude polarizada positivamente da tether nua e retornado à ionosfera na extremidade de altitude mais baixa. Este fluxo de elétrons através do comprimento da corda na presença do campo magnético da Terra cria uma força que produz um empuxo de arrasto que ajuda a desorbitar o sistema, conforme dado pela equação acima. O modo de reforço é semelhante ao modo de órbita, exceto pelo fato de que uma fonte de alimentação de alta tensão (HVPS) também é inserida em série com o sistema de tether entre o tether e a extremidade de potencial positivo mais alto. A tensão da fonte de alimentação deve ser maior do que a EMF e o pólo oposto. Isso leva a corrente na direção oposta, o que por sua vez faz com que a extremidade da altitude mais alta seja carregada negativamente, enquanto a extremidade da altitude mais baixa seja carregada positivamente (assumindo uma órbita padrão leste-oeste ao redor da Terra).

Para enfatizar ainda mais o fenômeno de desaceleração, um esboço esquemático de um sistema de amarração sem isolamento (totalmente descoberto) pode ser visto na figura abaixo.

Gráficos de corrente e tensão vs. distância de uma corda nua operando no modo gerador (de-boost).

O topo do diagrama, ponto A , representa o final da coleta de elétrons. A parte inferior da corda, ponto C , é o fim da emissão de elétrons. Da mesma forma, e representa a diferença de potencial de suas respectivas extremidades de corrente até o plasma, e é o potencial em qualquer lugar ao longo da corrente em relação ao plasma. Finalmente, o ponto B é o ponto em que o potencial da corda é igual ao do plasma. A localização do ponto B irá variar dependendo do estado de equilíbrio da corda, que é determinado pela solução da lei de tensão de Kirchhoff (KVL) ${\ displaystyle V _ {\ mathrm {ânodo}}}$${\ displaystyle V _ {\ mathrm {cátodo}}}$${\ displaystyle V-V_ {p}}$

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {ânodo}} + \ int _ {A} ^ {C} I (y) \, dR_ {t} + R _ {\ mathrm {carregar}} I_ {C} + V _ {\ mathrm {emit}} + V _ {\ mathrm {cátodo}} = V _ {\ mathrm {emf}}}$

e a lei atual de Kirchhoff (KCL)

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

ao longo da corda. Aqui , e descrevem o ganho de corrente do ponto A para B , a corrente perdida a partir do ponto B para C , e a perda de corrente no ponto C , respectivamente. ${\ displaystyle I_ {AB}}$${\ displaystyle I_ {BC}}$${\ displaystyle I_ {C}}$

Como a corrente muda continuamente ao longo do comprimento da corda, a perda potencial devido à natureza resistiva do fio é representada como . Ao longo de uma seção infinitesimal de corda, a resistência multiplicada pela corrente que viaja por essa seção é a perda de potencial resistivo. ${\ displaystyle \ textstyle \ int _ {A} ^ {C} I (y) \, dR_ {t}}$${\ displaystyle dR_ {t}}$${\ displaystyle I (y)}$

Depois de avaliar KVL e KCL para o sistema, os resultados produzirão um perfil de corrente e potencial ao longo da corda, como visto na figura acima. Este diagrama mostra que, do ponto A da corda até o ponto B , existe uma polarização potencial positiva, que aumenta a corrente coletada. Abaixo desse ponto, o torna - se negativo e a coleta da corrente iônica começa. Uma vez que é necessária uma diferença de potencial muito maior para coletar uma quantidade equivalente de corrente de íons (para uma determinada área), a corrente total na corda é reduzida em uma quantidade menor. Então, no ponto C , a corrente restante no sistema é puxada através da carga resistiva ( ) e emitida por um dispositivo emissivo de elétrons ( ) e, finalmente, através da bainha de plasma ( ). O loop de tensão KVL é então fechado na ionosfera, onde a diferença de potencial é efetivamente zero. ${\ displaystyle V-V_ {p}}$${\ displaystyle R _ {\ mathrm {load}}}$${\ displaystyle V _ {\ mathrm {emit}}}$${\ displaystyle V _ {\ mathrm {cátodo}}}$

Devido à natureza dos EDTs nus, muitas vezes não é opcional deixar a corda inteira nua. A fim de maximizar a capacidade de impulso do sistema, uma parte significativa da corda desencapada deve ser isolada. Essa quantidade de isolamento depende de vários efeitos, alguns dos quais são a densidade do plasma, o comprimento e a largura da corda, a velocidade de órbita e a densidade do fluxo magnético da Terra.

Amarras como geradores

Um objeto espacial, ou seja, um satélite na órbita da Terra, ou qualquer outro objeto espacial natural ou feito pelo homem, está fisicamente conectado ao sistema de amarração. O sistema de amarração compreende um implantador a partir do qual uma amarração condutiva com um segmento vazio se estende para cima do objeto espacial. A extremidade do ânodo com polarização positiva da corda coleta elétrons da ionosfera à medida que o objeto espacial se move em direção ao campo magnético da Terra. Esses elétrons fluem através da estrutura condutiva da corda para a interface do sistema de energia, onde fornece energia para uma carga associada, não mostrada. Os elétrons então fluem para o cátodo com polarização negativa, onde os elétrons são ejetados no plasma espacial, completando assim o circuito elétrico. (fonte: Patente dos EUA 6.116.544, "Electrodynamic Tether And Method of Use".)

Uma corda eletrodinâmica é presa a um objeto, a corda sendo orientada em um ângulo com a vertical local entre o objeto e um planeta com um campo magnético. A outra extremidade da corda pode ser deixada descoberta, fazendo contato elétrico com a ionosfera . Quando a corda cruza o campo magnético do planeta , ela gera uma corrente e, assim, converte parte da energia cinética do corpo orbital em energia elétrica. Funcionalmente, os elétrons fluem do plasma espacial para a corrente condutiva, são passados ​​por uma carga resistiva em uma unidade de controle e são emitidos para o plasma espacial por um emissor de elétrons como elétrons livres. Como resultado desse processo, uma força eletrodinâmica atua na corda e no objeto conectado, retardando seu movimento orbital. Em um sentido mais amplo, o processo pode ser comparado a um moinho de vento convencional - a força de arrasto de um meio resistivo (ar ou, neste caso, a magnetosfera) é usada para converter a energia cinética do movimento relativo (vento ou momento do satélite ) em eletricidade. Em princípio, geradores compactos de energia de corrente alta são possíveis e, com hardware básico, dezenas, centenas e milhares de quilowatts parecem ser alcançáveis.

Tensão e corrente

A NASA conduziu vários experimentos com amarras do Plasma Motor Generator (PMG) no espaço. Um experimento inicial usou uma corda condutora de 500 metros. Em 1996, a NASA conduziu um experimento com uma corda condutora de 20.000 metros. Quando a corda foi totalmente implantada durante este teste, a corda em órbita gerou um potencial de 3.500 volts. Esta corda condutora de linha única foi cortada após cinco horas de implantação. Acredita-se que a falha tenha sido causada por um arco elétrico gerado pelo movimento da corda condutora através do campo magnético terrestre.

Quando uma corda é movida a uma velocidade ( v ) perpendicularmente ao campo magnético da Terra ( B ), um campo elétrico é observado no quadro de referência da corda. Isso pode ser declarado como:

E = v * B = v B

A direção do campo elétrico ( E ) é perpendicular à velocidade da corda ( v ) e ao campo magnético ( B ). Se a corda for um condutor, o campo elétrico leva ao deslocamento de cargas ao longo da corda. Observe que a velocidade usada nesta equação é a velocidade orbital da corda. A taxa de rotação da Terra, ou de seu núcleo, não é relevante. A este respeito, veja também gerador homopolar .

Tensão através do condutor

Com um longo fio condutor de comprimento L , um campo elétrico E é gerado no fio. Ele produz uma tensão V entre as extremidades opostas do fio. Isso pode ser expresso como:

${\ displaystyle V = \ mathbf {E} \ cdot \ mathbf {L} = EL \ cos \ tau = vBL \ cos \ tau}$

onde o ângulo τ está entre o vetor de comprimento ( L ) da corda e o vetor de campo elétrico ( E ), assumido estar na direção vertical em ângulos retos com o vetor de velocidade ( v ) no plano e o vetor de campo magnético ( B ) está fora do avião.

Corrente no condutor

Uma amarração eletrodinâmica pode ser descrita como um tipo de "sistema aberto" termodinamicamente . Os circuitos de amarração eletrodinâmica não podem ser concluídos simplesmente usando outro fio, pois outra amarração desenvolverá uma tensão semelhante. Felizmente, a magnetosfera da Terra não está "vazia" e, em regiões próximas à Terra (especialmente perto da atmosfera terrestre), existem plasmas altamente condutores de eletricidade que são mantidos parcialmente ionizados pela radiação solar ou outra energia radiante . A densidade de elétrons e íons varia de acordo com vários fatores, como localização, altitude, estação, ciclo de manchas solares e níveis de contaminação. Sabe-se que um condutor nu carregado positivamente pode remover prontamente os elétrons livres do plasma. Assim, para completar o circuito elétrico, uma área suficientemente grande de condutor não isolado é necessária na extremidade superior carregada positivamente da corda, permitindo assim que a corrente flua através da corda.

No entanto, é mais difícil para a extremidade oposta (negativa) da corda ejetar elétrons livres ou coletar íons positivos do plasma. É plausível que, usando uma área de coleta muito grande em uma extremidade da corda, íons suficientes possam ser coletados para permitir uma corrente significativa através do plasma. Isso foi demonstrado durante a missão do orbitador TSS-1R do ônibus espacial, quando o próprio ônibus espacial foi usado como um grande contator de plasma para fornecer mais de um ampere de corrente. Métodos aprimorados incluem a criação de um emissor de elétrons, como um cátodo termiônico , cátodo de plasma, contator de plasma ou dispositivo de emissão de elétrons de campo . Como as duas extremidades da corda estão "abertas" para o plasma circundante, os elétrons podem fluir para fora de uma das extremidades da corda, enquanto um fluxo correspondente de elétrons entra na outra extremidade. Desta forma, a voltagem que é induzida eletromagneticamente dentro da corda pode fazer com que a corrente flua através do ambiente espacial circundante , completando um circuito elétrico através do que parece ser, à primeira vista, um circuito aberto .

Corrente de amarração

A quantidade de corrente ( I ) que flui através de uma corda depende de vários fatores. Uma delas é a resistência total do circuito ( R ). A resistência do circuito consiste em três componentes:

1. a resistência efetiva do plasma,
2. a resistência da corda, e
3. um resistor variável de controle.

Além disso, uma carga parasitária é necessária. A carga da corrente pode assumir a forma de um dispositivo de carregamento que, por sua vez, carrega fontes de energia de reserva, como baterias. As baterias em troca serão usadas para controlar circuitos de energia e comunicação, bem como acionar os dispositivos emissores de elétrons na extremidade negativa da corda. Como tal, o tirante pode ser totalmente autoalimentado, além da carga inicial nas baterias para fornecer energia elétrica para o procedimento de implantação e inicialização.

A carga da bateria em carregamento pode ser vista como um resistor que absorve energia, mas a armazena para uso posterior (em vez de dissipar calor imediatamente). Ele é incluído como parte do "resistor de controle". A carga da bateria em carregamento não é tratada como uma "resistência básica", pois o circuito de carregamento pode ser desligado a qualquer momento. Quando desligado, as operações podem ser continuadas sem interrupção usando a energia armazenada nas baterias.

Coleta / emissão atual para um sistema EDT: teoria e tecnologia

Compreender a coleção de corrente de elétrons e íons de e para o plasma ambiente circundante é crítico para a maioria dos sistemas EDT. Qualquer seção condutora exposta do sistema EDT pode passivamente (emissão 'passiva' e 'ativa' refere-se ao uso de energia pré-armazenada a fim de alcançar o efeito desejado) coletar corrente de elétron ou íon, dependendo do potencial elétrico da espaçonave corpo em relação ao plasma ambiente. Além disso, a geometria do corpo condutor desempenha um papel importante no tamanho da bainha e, portanto, na capacidade de coleta total. Como resultado, existem várias teorias para as várias técnicas de coleta.

Os processos passivos primários que controlam a coleção de elétrons e íons em um sistema EDT são a coleção de corrente térmica, os efeitos da coleção de íons ram, a fotoemissão de elétrons e, possivelmente, a emissão de elétrons e íons secundários. Além disso, a coleção ao longo de uma corda nua fina é descrita usando a teoria de movimento orbital limitado (OML), bem como derivações teóricas deste modelo, dependendo do tamanho físico em relação ao comprimento de Debye do plasma. Esses processos ocorrem ao longo do material condutor exposto de todo o sistema. Parâmetros ambientais e orbitais podem influenciar significativamente a quantidade de corrente coletada. Alguns parâmetros importantes incluem densidade do plasma, temperatura do elétron e do íon, peso molecular do íon, força do campo magnético e velocidade orbital em relação ao plasma circundante.

Depois, há técnicas ativas de coleta e emissão envolvidas em um sistema EDT. Isso ocorre por meio de dispositivos como contatores de plasma de cátodo oco, cátodos termiônicos e matrizes de emissores de campo. O projeto físico de cada uma dessas estruturas, bem como as capacidades de emissão atuais são amplamente discutidos.

Amarras condutoras nuas

O conceito de coleção atual para uma corda condutora nua foi formalizado pela primeira vez por Sanmartin e Martinez-Sanchez. Eles observam que a superfície cilíndrica de coleta de corrente mais eficiente em área é aquela que tem um raio efetivo menor que ~ 1 Comprimento de Debye, onde a física de coleta de corrente é conhecida como movimento orbital limitado (OML) em um plasma sem colisão. À medida que o raio efetivo da corda condutiva nua aumenta além desse ponto, há reduções previsíveis na eficiência de coleta em comparação com a teoria OML. Além dessa teoria (que foi derivada para um plasma sem fluxo), a coleção de corrente no espaço ocorre em um plasma em fluxo, o que introduz outro efeito de coleção. Essas questões são exploradas em maiores detalhes a seguir.

Teoria de Orbit motion limited (OML)

O comprimento de Debye do elétron é definido como a distância de blindagem característica em um plasma e é descrito pela equação

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

Esta distância, onde todos os campos elétricos no plasma resultantes do corpo condutor diminuíram em 1 / e, pode ser calculada. A teoria OML é definida com a suposição de que o comprimento de Debye do elétron é igual ou maior que o tamanho do objeto e o plasma não está fluindo. O regime OML ocorre quando a bainha se torna suficientemente espessa de modo que os efeitos orbitais se tornam importantes na coleta de partículas. Essa teoria explica e conserva a energia da partícula e o momento angular. Como resultado, nem todas as partículas que incidem na superfície da bainha espessa são coletadas. A voltagem da estrutura de coleta em relação ao plasma ambiente, bem como a densidade e temperatura do plasma ambiente, determina o tamanho da bainha. Essa voltagem de aceleração (ou desaceleração) combinada com a energia e o momento das partículas que chegam determina a quantidade de corrente coletada através da bainha de plasma.

O regime de limite de movimento orbital é atingido quando o raio do cilindro é pequeno o suficiente, de modo que todas as trajetórias de partículas de entrada que são coletadas terminam na superfície do cilindro são conectadas ao plasma de fundo, independentemente de seu momento angular inicial (ou seja, nenhum está conectado para outro local na superfície da sonda). Uma vez que, em um plasma quase neutro sem colisão, a função de distribuição é conservada ao longo das órbitas das partículas, tendo todas as "direções de chegada" preenchidas corresponde a um limite superior na corrente coletada por unidade de área (não a corrente total).

Em um sistema EDT, o melhor desempenho para uma dada massa de amarração é para um diâmetro de amarração escolhido para ser menor do que um comprimento de Debye de elétron para condições ambientais ionosféricas típicas (condições ionosféricas típicas na faixa de altitude de 200 a 2000 km, têm uma variação de T_e de 0,1 eV a 0,35 eV, en_e variando de 10 ^ 10 m ^ -3 a 10 ^ 12 m ^ -3), portanto, está dentro do regime OML. Geometrias de amarração fora desta dimensão foram abordadas. A coleção OML será usada como linha de base ao comparar os resultados da coleção atual para várias geometrias e tamanhos de amarração de amostra.

Em 1962, Gerald H. Rosen derivou a equação que agora é conhecida como a teoria OML de carregamento de poeira. De acordo com Robert Merlino, da Universidade de Iowa, Rosen parece ter chegado à equação 30 anos antes de qualquer outra pessoa.

Desvios da teoria OML em um plasma sem fluxo

Por uma variedade de razões práticas, a coleção atual para um EDT básico nem sempre satisfaz a suposição da teoria de coleção OML. Entender como o desempenho previsto se desvia da teoria é importante para essas condições. Duas geometrias comumente propostas para um EDT envolvem o uso de um fio cilíndrico e uma fita plana. Contanto que a corda cilíndrica tenha menos de um comprimento de Debye no raio, ela será coletada de acordo com a teoria OML. No entanto, uma vez que a largura excede essa distância, a coleção cada vez mais se desvia dessa teoria. Se a geometria da amarração for uma fita plana, uma aproximação pode ser usada para converter a largura da fita normalizada em um raio de cilindro equivalente. Isso foi feito pela primeira vez por Sanmartin e Estes e, mais recentemente, usando o 2-Dimensional Kinetic Plasma Solver (KiPS 2-D) por Choiniere et al.

Efeito de fluxo de plasma

Atualmente, não existe uma solução de forma fechada para explicar os efeitos do fluxo de plasma em relação à corrente desencapada. No entanto, a simulação numérica foi desenvolvida recentemente por Choiniere et al. usando KiPS-2D que pode simular casos de fluxo para geometrias simples em potenciais de alta polarização. Esta análise de fluxo de plasma, conforme se aplica a EDTs, foi discutida. Este fenômeno está sendo investigado por meio de trabalhos recentes e não é totalmente compreendido.

Coleção Endbody

Esta seção discute a teoria da física do plasma que explica a coleta de corrente passiva para um grande corpo condutor que será aplicado na extremidade de uma corda ED. Quando o tamanho da bainha é muito menor do que o raio do corpo coletor, então dependendo da polaridade da diferença entre o potencial da corda e o do plasma ambiente, (V - Vp), assume-se que todos os elétrons ou íons que entram na bainha de plasma são coletados pelo corpo condutor. Esta teoria da 'camada fina' envolvendo plasmas não fluidos é discutida e, em seguida, as modificações a esta teoria para plasma fluindo são apresentadas. Outros mecanismos de coleta atuais serão então discutidos. Toda a teoria apresentada é usada para desenvolver um modelo de coleta atual para levar em conta todas as condições encontradas durante uma missão EDT.

Teoria da coleção passiva

Em um plasma quase neutro sem fluxo e sem campo magnético, pode-se presumir que um objeto condutor esférico será coletado igualmente em todas as direções. A coleta de elétrons e íons no corpo final é governada pelo processo de coleta térmica, que é fornecido por Ithe e Ithi.

Modo de coleta de elétrons em plasma fluente

A próxima etapa no desenvolvimento de um modelo mais realista para a coleta de corrente é incluir os efeitos do campo magnético e os efeitos do fluxo de plasma. Assumindo um plasma sem colisão, elétrons e íons giram em torno das linhas do campo magnético à medida que viajam entre os pólos ao redor da Terra devido às forças de espelhamento magnético e à deriva gradiente-curvatura. Eles giram em um raio e freqüência específicos, dependendo de sua massa, da força do campo magnético e da energia. Esses fatores devem ser considerados nos modelos de coleção atuais.

Um esquema composto do conjunto complexo de efeitos físicos e características observadas no ambiente próximo do satélite TSS.

Modelo de coleta de íons de plasma em fluxo

Quando o corpo condutor é polarizado negativamente em relação ao plasma e viajando acima da velocidade térmica do íon, existem mecanismos de coleta adicionais em funcionamento. Para órbitas terrestres baixas (LEOs) típicas, entre 200 km e 2.000 km, as velocidades em um referencial inercial variam de 7,8 km / s a ​​6,9 km / s para uma órbita circular e os pesos moleculares atmosféricos variam de 25,0 amu (O +, O2 +, & NO +) a 1,2 amu (principalmente H +), respectivamente. Assumindo que as temperaturas do elétron e do íon variam de ~ 0,1 eV a 0,35 eV, a velocidade do íon resultante varia de 875 m / s a ​​4,0 km / s de 200 km a 2.000 km de altitude, respectivamente. Os elétrons estão viajando a aproximadamente 188 km / s em todo o LEO. Isso significa que o corpo orbital está viajando mais rápido do que os íons e mais devagar do que os elétrons, ou a uma velocidade mesosônica. Isso resulta em um fenômeno único em que o corpo orbital 'atravessa' os íons circundantes no plasma, criando um efeito de feixe no referencial do corpo orbital.

Corpos finais porosos

Corpos finais porosos foram propostos como uma forma de reduzir o arrasto de um corpo final de coleta, mantendo, idealmente, uma coleção de correntes semelhante. Eles geralmente são modelados como corpos finais sólidos, exceto que são uma pequena porcentagem da área de superfície das esferas sólidas. Isso é, no entanto, uma simplificação extrema do conceito. Muito precisa ser aprendido sobre as interações entre a estrutura da bainha, a geometria da malha, o tamanho do corpo final e sua relação com a coleção atual. Essa tecnologia também tem o potencial de resolver uma série de questões relacionadas aos EDTs. Retornos decrescentes com a corrente de coleta e a área de arrasto estabeleceram um limite que as amarras porosas podem ser capazes de superar. O trabalho foi realizado na coleção atual usando esferas porosas, por Stone et al. e Khazanov et al.

Foi demonstrado que a corrente máxima coletada por uma grade esférica em comparação com a redução de massa e arrasto pode ser estimada. O arrasto por unidade de corrente coletada para uma esfera de grade com uma transparência de 80 a 90% é aproximadamente 1,2 - 1,4 vezes menor do que a de uma esfera sólida do mesmo raio. A redução na massa por unidade de volume, para esta mesma comparação, é 2,4 - 2,8 vezes.

Outros métodos de coleta atuais

Além da coleta térmica do elétron, outros processos que podem influenciar a coleta de corrente em um sistema EDT são a fotoemissão, a emissão secundária de elétrons e a emissão secundária de íons. Esses efeitos dizem respeito a todas as superfícies condutoras em um sistema EDT, não apenas ao corpo final.

Limites de carga espacial nas bainhas de plasma

Em qualquer aplicação onde os elétrons são emitidos através de uma lacuna de vácuo, há uma corrente máxima permitida para uma determinada polarização devido à auto-repulsão do feixe de elétrons. Este limite de carga espacial 1-D clássico (SCL) é derivado para partículas carregadas de energia inicial zero e é denominado Lei de Child-Langmuir. Esse limite depende da área da superfície de emissão, da diferença de potencial ao longo da lacuna do plasma e da distância dessa lacuna. Uma discussão mais aprofundada deste tópico pode ser encontrada.

Emissores de elétrons

Existem três tecnologias de emissão de elétrons ativas geralmente consideradas para aplicações de EDT: contatores de plasma de cátodo oco (HCPCs), cátodos termiônicos (TCs) e cátodos de emissão de campo (FEC), muitas vezes na forma de matrizes emissoras de campo (FEAs). As configurações de nível de sistema serão apresentadas para cada dispositivo, bem como os custos, benefícios e validação relativos.

Cátodo termiônico (TC)

A emissão termiônica é o fluxo de elétrons de uma superfície de metal ou óxido de metal carregada e aquecida, causada pela energia térmica vibracional que supera a função de trabalho (forças eletrostáticas segurando os elétrons na superfície). A densidade de corrente de emissão termiônica, J, aumenta rapidamente com o aumento da temperatura, liberando um número significativo de elétrons no vácuo próximo à superfície. A relação quantitativa é dada na equação

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

Essa equação é chamada de equação de Richardson-Dushman ou Richardson. (ф é aproximadamente 4,54 eV e AR ~ 120 A / cm2 para tungstênio).

Uma vez que os elétrons são termionicamente emitidos da superfície TC, eles requerem um potencial de aceleração para cruzar uma lacuna ou, neste caso, a bainha de plasma. Os elétrons podem atingir essa energia necessária para escapar do SCL da bainha de plasma se uma grade acelerada, ou canhão de elétrons, for usada. A equação

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

mostra que potencial é necessário em toda a rede, a fim de emitir uma certa corrente entrando no dispositivo.

Aqui, η é a eficiência do conjunto de canhão de elétrons (EGA) (~ 0,97 em TSS-1), ρ é a porcentagem de EGA (7,2 micropervos em TSS-1), ΔV _tc é a tensão através da grade de aceleração do EGA, e I _t é a corrente emitida. A permeabilidade define a corrente limitada de carga espacial que pode ser emitida por um dispositivo. A figura abaixo exibe exemplos comerciais de emissores termiônicos e armas de elétrons produzidos na Heatwave Labs Inc.

Exemplo de emissão de elétrons a) Emissor termiônico e aceleração de elétrons b) Conjunto de canhão de elétrons.

A emissão de elétrons de TC ocorrerá em um de dois regimes diferentes: temperatura ou fluxo de corrente limitado de carga espacial. Para um fluxo limitado por temperatura, todo elétron que obtém energia suficiente para escapar da superfície do cátodo é emitido, assumindo que o potencial de aceleração do canhão de elétrons seja grande o suficiente. Nesse caso, a corrente de emissão é regulada pelo processo de emissão termiônica, dado pela equação de Richardson Dushman. No fluxo de corrente de elétrons SCL, há tantos elétrons emitidos do cátodo que nem todos são acelerados o suficiente pelo canhão de elétrons para escapar da carga espacial. Nesse caso, o potencial de aceleração do canhão de elétrons limita a corrente de emissão. O gráfico abaixo exibe as correntes limitadoras de temperatura e os efeitos SCL. À medida que a energia do feixe dos elétrons é aumentada, o total de elétrons que escapam pode aumentar. As curvas que se tornam horizontais são casos de temperatura limitada.

Características típicas da tensão de corrente do Conjunto de Gerador de Elétrons (EGA) conforme medido em uma câmara de vácuo.

Cátodo de emissão de campo (FEC)

Emissão de campo

Na emissão de elétrons de campo , os elétrons passam por um túnel através de uma barreira de potencial, em vez de escapar por ela como na emissão termiônica ou fotoemissão. Para um metal em baixa temperatura, o processo pode ser entendido nos termos da figura abaixo. O metal pode ser considerado uma caixa de potencial, cheia de elétrons até o nível de Fermi (que fica abaixo do nível de vácuo por vários elétron-volts). O nível de vácuo representa a energia potencial de um elétron em repouso fora do metal na ausência de um campo externo. Na presença de um campo elétrico forte, o potencial externo ao metal será deformado ao longo da linha AB, de modo que uma barreira triangular é formada, através da qual os elétrons podem se tunelar. Os elétrons são extraídos da banda de condução com uma densidade de corrente dada pela equação de Fowler-Nordheim

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

Esquema de nível de energia para emissão de campo de um metal em temperatura zero absoluta.

AFN e BFN são as constantes determinadas por medições do FEA com unidades de A / V2 e V / m, respectivamente. EFN é o campo elétrico que existe entre a ponta emissiva do elétron e a estrutura com polarização positiva que puxa os elétrons para fora. As constantes típicas para catodos do tipo Spindt incluem: AFN = 3,14 x 10-8 A / V2 e BFN = 771 V / m. (Folha de dados do Stanford Research Institute). Uma estrutura de aceleração é normalmente colocada em estreita proximidade com o material emissor, como na figura abaixo. A proximidade ( escala micrométrica ) entre o emissor e a porta, combinada com estruturas de focalização naturais ou artificiais, fornece com eficiência as altas intensidades de campo necessárias para emissão com voltagem e potência aplicadas relativamente baixas.

Um cátodo de emissão de campo de nanotubo de carbono foi testado com sucesso no experimento de amarração eletrodinâmica KITE no veículo de transferência japonês H-II.

Os cátodos de emissão de campo geralmente estão na forma de Field Emitter Arrays (FEAs), como o projeto do cátodo de Spindt et al. A figura abaixo exibe imagens visuais aproximadas de um emissor Spindt.

Imagens ampliadas de uma matriz de emissor de campo (fotografia SEM de um catodo de anel SRI desenvolvido para a ARPA / NRL / NASA Vacuum Microelectronics Initiative por Capp Spindt)

Uma variedade de materiais foi desenvolvida para matrizes emissoras de campo, variando de silício a pontas de molibdênio fabricadas semicondutoras com portas integradas a uma placa de nanotubos de carbono distribuídos aleatoriamente com uma estrutura de porta separada suspensa acima. As vantagens das tecnologias de emissão de campo sobre os métodos alternativos de emissão de elétrons são:

1. Nenhum requisito para um consumível (gás) e nenhuma consideração de segurança resultante para o manuseio de um recipiente pressurizado
2. Uma capacidade de baixo consumo de energia
3. Tendo impactos de potência moderados devido aos limites de carga espacial na emissão de elétrons para o plasma circundante.

Uma questão importante a ser considerada para os emissores de campo é o efeito da contaminação. A fim de atingir a emissão de elétrons em baixas tensões, as pontas do array emissor de campo são construídas em tamanhos de escala de nível de micrômetro. Seu desempenho depende da construção precisa dessas pequenas estruturas. Eles também dependem de serem construídos com um material de baixa função de trabalho. Esses fatores podem tornar o dispositivo extremamente sensível à contaminação, especialmente de hidrocarbonetos e outras moléculas grandes e facilmente polimerizáveis. Técnicas para evitar, eliminar ou operar na presença de contaminações em ambientes de teste de solo e ionosféricos (por exemplo, liberação de gás de espaçonave) são críticas. Pesquisas na Universidade de Michigan e em outros lugares enfocaram essa questão de liberação de gases. Invólucros de proteção, limpeza de elétrons, revestimentos robustos e outros recursos de design estão sendo desenvolvidos como soluções potenciais. Os FEAs usados ​​para aplicações espaciais ainda exigem a demonstração de estabilidade de longo prazo, repetibilidade e confiabilidade de operação em potenciais de portão apropriados para as aplicações espaciais.

Cátodo oco

Os cátodos ocos emitem uma nuvem densa de plasma ao primeiro ionizar um gás. Isso cria uma pluma de plasma de alta densidade que faz contato com o plasma circundante. A região entre a pluma de alta densidade e o plasma circundante é denominada bainha dupla ou camada dupla. Esta camada dupla é essencialmente duas camadas adjacentes de carga. A primeira camada é uma camada positiva na borda do plasma de alto potencial (a nuvem de plasma do contator). A segunda camada é uma camada negativa na borda do plasma de baixo potencial (o plasma ambiente). Uma investigação mais aprofundada do fenômeno da camada dupla foi conduzida por várias pessoas. Um tipo de cátodo oco consiste em um tubo de metal revestido com um inserto de tungstênio impregnado com óxido de bário sinterizado, coberto em uma das extremidades por uma placa com um pequeno orifício, conforme mostrado na figura abaixo. Elétrons são emitidos pela inserção impregnada de óxido de bário por emissão termiônica. Um gás nobre flui para a região de inserção do HC e é parcialmente ionizado pelos elétrons emitidos que são acelerados por um campo elétrico próximo ao orifício (Xenon é um gás comum usado para HCs, pois tem uma baixa energia de ionização específica (potencial de ionização por (massa unitária). Para fins de EDT, uma massa menor seria mais benéfica porque a massa total do sistema seria menor. Este gás é usado apenas para troca de carga e não para propulsão. Muitos dos átomos de xenônio ionizados são acelerados nas paredes, onde sua energia mantém a temperatura de emissão termiônica. O xenônio ionizado também sai pelo orifício. Os elétrons são acelerados da região da inserção, através do orifício até o protetor, que está sempre em uma polarização mais positiva.

Esquema de um sistema de cátodo oco.

No modo de emissão de elétrons, o plasma ambiente é polarizado positivamente em relação ao detentor. No plasma do contator, a densidade do elétron é aproximadamente igual à densidade do íon. Os elétrons de energia mais alta fluem através da nuvem de íons em expansão lenta, enquanto os elétrons de energia mais baixa são aprisionados dentro da nuvem pelo potencial protetor. As altas velocidades do elétron levam a correntes de elétrons muito maiores do que as correntes de íons de xenônio. Abaixo do limite de saturação de emissão de elétrons, o contator atua como uma sonda emissiva bipolar. Cada íon de saída gerado por um elétron permite que um número de elétrons sejam emitidos. Esse número é aproximadamente igual à raiz quadrada da razão entre a massa do íon e a massa do elétron.

Pode ser visto no gráfico abaixo como é uma curva IV típica para um cátodo oco no modo de emissão de elétrons. Dada uma certa geometria do protetor (o anel na figura acima por onde os elétrons saem), taxa de fluxo de íons e Vp, o perfil IV pode ser determinado. [111-113].

Curva característica IV típica para um cátodo oco.

A operação do HC no modo de coleta de elétrons é chamada de modo de operação de contato do plasma (ou ignição). O “modo de ignição” é assim denominado porque indica que os níveis de corrente multiampere podem ser alcançados usando a queda de tensão no contator de plasma. Isso acelera os elétrons do plasma espacial que ionizam o fluxo de expelente neutro do contator. Se as correntes de coleta de elétrons forem altas e / ou as densidades de elétrons do ambiente forem baixas, a bainha na qual a coleta de corrente de elétrons é mantida simplesmente se expande ou encolhe até que a corrente necessária seja coletada.

Além disso, a geometria afeta a emissão do plasma do HC, como pode ser visto na figura abaixo. Aqui pode ser visto que, dependendo do diâmetro e espessura do detentor e da distância deste em relação ao orifício, o percentual de emissão total pode ser afetado.

Esquema típico detalhando a geometria de emissão de HC.

Coleta de plasma e resumo de emissão

Todas as técnicas de emissão e coleta de elétrons podem ser resumidas na tabela a seguir. Para cada método, há uma descrição se os elétrons ou íons no sistema aumentaram ou diminuíram com base no potencial da espaçonave em relação ao plasma. Elétrons (e-) e íons (íons +) indica que o número de elétrons ou íons está sendo aumentado (↑) ou reduzido (↓). Além disso, para cada método, algumas condições especiais se aplicam (consulte as respectivas seções neste artigo para obter mais esclarecimentos sobre quando e onde se aplica).

Emissão / coleta passiva de e - e íon	V - V p <0	V - V p > 0
Bare tether: OML	íons + ↑	e - ↑
Coleção de carneiro	íons + ↑	0
Coleção térmica	íons + ↑	e - ↑
Fotoemissão	e - ↓	e - ↓, ~ 0
Emissão secundária de elétrons	e - ↓	e - ↓
Emissão secundária de íons	íons + ↓, ~ 0	0
Regime de retardo	e - ↑	íons + ↑, ~ 0
E - e emissão ativa de íons	O potencial não importa
Emissão termionica	e - ↓
Matrizes de emissor de campo	e - ↓
Cátodos ocos	e - ↓	e - ↑

Para uso na modelagem de sistema EDT, cada um dos modelos passivos de coleção de elétrons e teoria de emissão foi verificado reproduzindo equações e resultados publicados anteriormente. Esses gráficos incluem: teoria limitada de movimento orbital, coleção Ram e coleção térmica, fotoemissão, emissão secundária de elétrons e emissão secundária de íons.

Fundamentos do sistema de amarração eletrodinâmica

Para integrar todos os mais recentes emissores de elétrons, coletores e teoria em um único modelo, o sistema EDT deve primeiro ser definido e derivado. Uma vez que isso seja feito, será possível aplicar essa teoria para determinar as otimizações dos atributos do sistema.

Existem várias derivações que resolvem numericamente os potenciais e correntes envolvidos em um sistema EDT. A derivação e a metodologia numérica de um sistema EDT completo que inclui uma seção de amarração nua, amarração condutora de isolamento, emissores de corpo final de elétrons (e íons) e coleção de elétrons passiva são descritas. Isso é seguido pelo modelo simplificado de corda totalmente isolada. Fenômenos especiais de EDT e verificação do modelo do sistema EDT usando dados de missão experimental serão então discutidos.

Derivação do sistema de amarração simples

Uma nota importante a respeito de uma derivação EDT diz respeito ao corpo celeste que orbita o sistema de amarras. Por questões práticas, a Terra será usada como o corpo orbitado; no entanto, esta teoria se aplica a qualquer corpo celeste com uma ionosfera e um campo magnético.

As coordenadas são a primeira coisa que deve ser identificada. Para os fins desta derivação, os eixos x e y são definidos como as direções leste-oeste e norte-sul em relação à superfície da Terra, respectivamente. O eixo z é definido como de cima para baixo a partir do centro da Terra, como pode ser visto na figura abaixo. Os parâmetros - campo magnético B , comprimento da corda L e velocidade orbital v _orbe - são vetores que podem ser expressos em termos deste sistema de coordenadas, como nas seguintes equações:

${\ displaystyle \ mathbf {B} = B_ {x} {\ hat {x}} + B_ {y} {\ hat {y}} + B_ {z} {\ hat {z}}}$ (o vetor do campo magnético),

${\ displaystyle \ mathbf {L} = L \ cos \ alpha _ {\ mathrm {out}} \ sin \ alpha _ {\ mathrm {in}} {\ hat {x}} + L \ sin \ alpha _ {\ mathrm {out}} {\ hat {y}} + L \ cos \ alpha _ {\ mathrm {out}} \ cos \ alpha _ {\ mathrm {in}} {\ hat {z}}}$ (o vetor de posição de amarração), e

${\ displaystyle \ mathbf {v} _ {\ mathrm {orb}} = v _ {\ mathrm {orb}} \ cos \ lambda _ {\ mathrm {out}} \ sin \ lambda _ {\ mathrm {in}} { \ hat {x}} + v _ {\ mathrm {orbe}} \ sin \ lambda _ {\ mathrm {out}} {\ hat {y}} + v _ {\ mathrm {orbe}} \ cos \ lambda _ {\ mathrm {out}} \ cos \ lambda _ {\ mathrm {in}} {\ hat {z}}}$ (o vetor de velocidade orbital).

Os componentes do campo magnético podem ser obtidos diretamente do modelo International Geomagnetic Reference Field (IGRF). Este modelo é compilado a partir de um esforço colaborativo entre modeladores de campo magnético e os institutos envolvidos na coleta e disseminação de dados de campo magnético de satélites e de observatórios e pesquisas em todo o mundo. Para esta derivação, assume-se que as linhas do campo magnético são todas do mesmo ângulo em todo o comprimento da corda e que a corda é rígida.

Vetor de velocidade de órbita

Realisticamente, as forças eletrodinâmicas transversais fazem com que a corda se curve e se mova para longe da vertical local. As forças do gradiente de gravidade então produzem uma força restauradora que puxa a corda de volta para a vertical local; no entanto, isso resulta em um movimento semelhante a um pêndulo (as forças do gradiente de gravidade também resultam em movimentos de pêndulo sem forças ED). A direção B muda conforme a corda orbita a Terra e, portanto, a direção e a magnitude das forças ED também mudam. Este movimento do pêndulo pode se desenvolver em librações complexas nas direções no plano e fora do plano. Então, devido ao acoplamento entre o movimento no plano e as oscilações elásticas longitudinais, bem como o acoplamento entre os movimentos no plano e fora do plano, uma amarração eletrodinâmica operada em uma corrente constante pode continuamente adicionar energia aos movimentos de liberação. Esse efeito, então, tem uma chance de fazer com que as amplitudes de libação aumentem e, eventualmente, causar oscilações selvagens, incluindo uma como o 'efeito corda de pular', mas isso está além do escopo desta derivação. Em um sistema EDT não rotativo (um sistema rotativo, denominado Momentum Exchange Electrodynamic Reboost [MXER]), a corda está predominantemente na direção z devido ao alinhamento natural do gradiente de gravidade com a Terra.

Derivações

A derivação a seguir irá descrever a solução exata para o sistema contabilizando todas as grandezas vetoriais envolvidas, e então uma segunda solução com a condição nominal onde o campo magnético, a velocidade orbital e a orientação da corda são perpendiculares entre si. A solução final do caso nominal é resolvida em termos de apenas a densidade do elétron, n_e, a resistência de amarração por unidade de comprimento, R_t, e a potência da fonte de alimentação de alta tensão, P_hvps.

A figura abaixo descreve um sistema EDT típico em uma configuração de porta aterrada de polarização em série (foram apresentadas mais descrições dos vários tipos de configurações analisadas) com uma ampliação de uma seção infinitesimal de amarração nua. Esta figura é configurada simetricamente para que qualquer extremidade possa ser usada como ânodo. Este sistema de amarração é simétrico porque os sistemas de amarração rotativos precisarão usar ambas as extremidades como ânodos e cátodos em algum ponto de sua rotação. O V_hvps só será usado na extremidade catódica do sistema EDT e, caso contrário, será desligado.

(a) Um diagrama de circuito de um segmento desencapado com (b) um modelo de circuito de sistema EDT equivalente mostrando a configuração de porta aterrada de polarização em série.

A direção dentro e fora do plano é determinada pelo vetor de velocidade orbital do sistema. Uma força no plano está na direção da viagem. Ele adicionará ou removerá energia para a órbita, aumentando assim a altitude ao mudar a órbita para uma elíptica. Uma força fora do plano está na direção perpendicular ao plano de deslocamento, o que causa uma mudança na inclinação. Isso será explicado na seção seguinte.

Para calcular as direções no plano e fora do plano, os componentes dos vetores de velocidade e campo magnético devem ser obtidos e os valores de força calculados. O componente da força na direção da viagem servirá para aumentar as capacidades de elevação da órbita, enquanto o componente fora do plano do empuxo irá alterar a inclinação. Na figura abaixo, o vetor do campo magnético está unicamente na direção norte (ou eixo y), e as forças resultantes em uma órbita, com alguma inclinação, podem ser vistas. Uma órbita sem inclinação teria todo o impulso na direção no plano.

Descrição de uma força no plano e fora do plano.

Efeitos de arrasto em um sistema de amarração eletrodinâmica.

Tem havido um trabalho realizado para estabilizar as librações do sistema de amarração para evitar o desalinhamento da amarração com o gradiente de gravidade. A figura abaixo exibe os efeitos de arrasto que um sistema EDT encontrará em uma órbita típica. O ângulo no plano, α_ip, e o ângulo fora do plano, α_op, podem ser reduzidos aumentando a massa final do sistema ou empregando tecnologia de feedback. Quaisquer desvios no alinhamento da gravidade devem ser compreendidos e considerados no projeto do sistema.

Viagem interestelar

Uma aplicação do sistema EDT foi considerada e pesquisada para viagens interestelares usando o meio interestelar local da Bolha Local . Verificou-se que é viável usar o sistema EDT para fornecer energia a bordo para uma tripulação de 50 pessoas, com uma necessidade de 12 quilowatts por pessoa. A geração de energia é obtida à custa da energia cinética da espaçonave. Em reverso, o sistema EDT pode ser usado para aceleração. No entanto, isso foi considerado ineficaz. A rotação sem impulso usando o sistema EDT é possível para permitir a correção de curso e encontro no espaço interestelar. No entanto, não permitirá um rápido círculo sem empuxo para permitir que uma nave estelar entre novamente em um feixe de energia ou faça numerosas passagens solares devido a um raio de viragem extremamente grande de 3,7 * 10 ¹⁶ km (~ 3,7 anos-luz ).

Veja também

Referências

Informação geral

• Cosmo, ML e Lorenzini, EC, "Tethers in Space Handbook", NASA Marchall Space Flight Center, 1997, pp. 274-1-274.
• Mariani, F., Candidi, M., Orsini, S., "Current Flow Through High-Voltage Sheaths Observer pelo TEMAG Experiment during TSS-1R," Geophysical Research Letters, Vol. 25, No. 4, 1998, pp. 425-428.

Citações

Leitura adicional

• Dobrowolny, M. (1979). Fenômenos de ondas e partículas induzidos por uma corda eletrodinâmica . SAO Special report, 388. Cambridge, Mass: Smithsonian Institution Astrophysical Observatory.
• Williamson, PR (1986). Características de alta tensão do tirante eletrodinâmico e relatório final de geração de energia e propulsão . [Relatório do contratante da NASA], NASA CR-178949. Washington, DC: National Aeronautics and Space Administration.

links externos

Patentes relacionadas

• Patente dos EUA 3.174.705 , "Estação espacial e sistema para operar os mesmos".
• Patente US 3.205.381 , "Ionospheric battery".
• Patente dos EUA 4.097.010 , "Satélite conectado por meio de um cabo longo a uma espaçonave motorizada".
• Patente US 6,116,544 , "Electrodynamic Tether And Method of Use".

Publicações

• Samanta Roy, RI; Hastings, DE; Ahedo, E. (1992). "Análise de sistemas de amarras eletrodinâmicas". J Spacecr Rockets . 29 (3): 415–424. Bibcode : 1992JSpRo..29..415S . doi : 10.2514 / 3.26366 .
• Ahedo, E .; Sanmartin, JR (março-abril de 2002). "Análise de sistemas sem fios para desorbitar satélites de órbita baixa da Terra". J Spacecr Rockets . 39 (2): 198–205. Bibcode : 2002JSpRo..39..198A . doi : 10,2514 / 2,3820 .
• Peláez, J .; Sánchez-Arriaga, G .; Sanjurjo-Rivo, M. "Mitigação de detritos orbitais com amarras eletrodinâmicas auto-balanceadas". Citar diário requer |journal=( ajuda )
• Cosmo, ML e EC Lorenzini, " Tethers in Space Handbook " (3ª ed). Preparado para NASA / MSFC por Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge, MA, dezembro de 1997. ( PDF )
• Estes, RD; Lorenzini, EC; Sanmartín, JR; Martinez-Sanchez, M .; Savich, NA (dezembro de 1995). "Novas amarras de alta corrente: uma fonte de energia viável para a estação espacial? Um white paper" (PDF) . Arquivado do original (PDF) em 18/02/2006.
• Savich, NA; Sanmartín, JR (1994). "Curta, corrente eletrodinâmica de alta corrente". Proc. Int. Mesa redonda sobre amarras no espaço . p. 417.
• McCoy, James E .; et al. (Abril de 1995). "Resultados do experimento de voo do Plasma Motor-Generator (PMG)". Anais da 4ª conferência internacional sobre amarras no espaço . Washington DC. pp. 57–84.

Outros artigos

• " Amarras eletrodinâmicas ". Tethers.com.
• " Shuttle Electrodynamic Tether System (SETS) ".
• Enrico Lorenzini e Juan Sanmartín, " Electrodynamic Tethers in Space ; Ao explorar as leis físicas fundamentais, as amarras podem fornecer energia elétrica de baixo custo, arrasto, empuxo e gravidade artificial para voos espaciais ". Scientific American, agosto de 2004.
• " Amarras ". Guia de estudo de astronomia, BookRags.
• David P. Stern, " The Space Tether Experiment ". 25 de novembro de 2001.