Magnetno jedro

Magnetno jedro ili Magsejl (magsail) je oblik pogona svemirskih letelica kod kojih se koristi statično magnetno polje koje odbija naelektrisane čestice sa Sunca kao što je plazmeni vetar, i tako stvara silu kojom pokreće letelicu. Magnetno jedro se može pokretati i direktno pomoću planetarnih i solarnih magnetosfera.

Principi rada i konstrukcija

Magnetno jedro funkcioniše tako što stvara otpor lokalnom medijumu (planetarnim magnetnim poljima, solarnom vetru, međuzvezdanom vetru) i tako ubrzava letelicu do neuporedivo većih brzina, u odnosu na fuzione rakete ili solarne jedrenjake pogonjene laserima. Takva konstrukcija bi mogla da uspori čak i iz relativističkih brzina - bez korišćenja brodskog goriva. 

U standardnom modelu magnetnog jedra, magnetno polje se stvara preko prstenova superprovodljive žice. Kako prstenovi indukuju sopstveno magnetno polje kada kroz njih protiče struja tako što stvaraju radijalnu silu na spoljašnjost kružnice, jedro bi se moglo odmotati samo običnim propuštanjem struje.

Primer solarnog vetra

Sunčev vetar je kontinuirani tok plazme, koja teče sa Sunca i u blizini Zemljine orbite sadrži nekoliko miliona protona i elektrona po kubnom metru koji se kreću brzinama od 400 do 600 km/s. Magnetno jedro stvara svoje magnetno polje u ovom toku plazme, koje skreće ove čestice sa njihove putanje, čestice tako predaju svoj impuls jedru, i tako se stvara potisak. Prednost magnetnih i solarnih jedra u odnosu na hemijske ili jonske reakcione pogone je da nije potrebno nositi gorivo u letelici.

Za jedra u solarnom vetru na udaljenosti od jedne AJ od Sunca, snaga polja potrebnog da bi se stvorio otpor dinamičkom pritisku solarnog vetra je 50 nT. Zubrin je predložio magnetno jedro koje bi stvorilo balon prečnika od 100 km u kome bi dolazilo do skretanja jona sunčevog vetra, pomoću obruča prečnika 50 km. Minimalna masa takvog kalema, koja je ograničena zateznom čvrstoćom materijala, bi bila oko 40-44 tona, i stvarala bi potisak od 70 N, dajući tako odnos masa/sila potiska od 600 kg/N. Ukoliko bi se jedro koristilo unutar solarnog sistema, moralo bi da koristi visoko temperaturne superprovodljive žice kako bi magnetno jedro bilo praktično. U međuzvezdanom prostoru konvencijalni superprovodnici bi bili korisniji.

Princip rada magnetnog jedra koje koristi vetar plazme je analogan principu rada solarnog jedra koje koristi pritisak elektromagnetnog zračenja fotona sa Sunca. Iako čestice sunčevog vetra imaju masu mirovanja a fotoni nemaju, sunčeva svetlost ima hiljadu puta veći impuls od sunčevog vetra. Stoga bi magnetno jedro moralo da odbija srazmerno veću površinu solarnog vetra kako bi bilo uporedivo sa solarnim jedrom za isti potisak. Ipak, nije potrebno da ima istu masu kao i sunčevo jedro, zato što se solarni vetar umesto od velikog fizičkog jedra odbija od magnetno polje. Konvencionalni materijali za solarna jedra imaju odnos mase po površini od 7 g/m2, i tako stvara pritisak od 0,01 mPa na 1 AJ (150.000.000 km). Tako se dobija odnos masa/sila potiska od najmanje 700 kg/N, slično magnetnom jedru, zanemarujući ostale potrebne komponente.

Solarna i magnetna jedra dobijaju silu potiska koja opada sa kvadratom udaljenosti od Sunca.

Kada se nalazi u blizini planete sa snažnom magnetosferom kao što je Zemlja ili neki gasni džin, magnetno jedro može da postigne dodatni potisak usled interakcije sa magnetosferom a ne solarnim vetrom, i zbog toga se može pokazati efikasnim.

Režimi rada

Magnetno jedro u struji naelektrisanih čestica. Jedro stvara magnetno polje, predstavljeno crvenim strelicama, koja odbacuje čestice u stranu.

U  vetru plazme

Kada je magnetno jedro daleko od planetarnih magnetosfera, magnetno jedro primorava putanje pozitivno naelektrisanih protona iz solarnog vetra da se zakrive pomoću magnetnog polja. Promena impulsa protona bi potiskivalo magnetno polje, a time i sam kalem.

Ukoliko se magnetno jedro okrene za neki ugao u odnosu na solarni vetar, naelektrisane čestice se odbijaju na jednu stranu, i magnetno jedro je pogurano bočno. Ovo znači da bi moglo da bi putanju mogao da prilagodi većini orbita.

Unutar planetarne magnitosfere

Magnetno jedro u prostorno promenljivom magnetnom polju. Kako je vertikalno spoljašnje polje Bext jače sa jedne strane, sila koja vuče ulevo na levoj strani prstena je manja od sile koja vuče udesno na desnoj strani, pa rezultujuća sila na jedro deluje udesno.

U unutrašnjosti planetarnih magnetosfera, magnetna jedra dobijaju potisak usled odbijanja od planetarno magnetno polje, pogotovo u orbiti koja prolazi preko magnetnih polova planete.

Međuzvezdano putovanje

Međuzvezdani prostor sadrži veoma male količine vodonika. Jedro koje se brzo kreće bi jonizovalo vodonik ubrzavajući elektrone u jednom pravcu i suprotno naelektrisane protone u suprotnom pravcu. Energija potrebna za jonizaciju i ciklotronsko zračenje bi poticala od kinetičke energije same letelice, tako je usporavajući. Ciklotronski zračenje od ubrzavanja čestica bi bilo lako detektovano u opsegu radio frekvencija.