Mass Driver 1

Введение

Построенный в 1976 и 1977 годах, Mass Driver 1 был ранней демонстрацией концепции массового драйвера, формы электромагнитного пускового устройства, который в принципе также может быть сконфигурирован как ракетный двигатель, используя астероидные материалы для реакционной массы и энергию от солнечной или другой электрической энергии. Как и предполагалось изначально, массовый драйвер должен был запускать полезные нагрузки с лунной базы до L5, пятой точки Лагранжа, в которой может поддерживаться стабильная орбита. Именно здесь Джерард К. О'Нилл предложил построить космическую колонию (из пяти точек Лагранжа только L4 и L5 являются действительно стабильными, как для реальной физической системы Земля/Луна, так и для идеального ограниченного случая 3 тел). Модель состояла из серии из 20 приводов, через которые проходит небольшая арматура (называемая ведрой), толкаемая импульсными магнитными полями приводов. Он ехал по четырем рельсам, сделанным из медных труб, через которые поступал постоянный ток от нескольких автомобильных аккумуляторов, соединенных в ряд. Это был цилиндр из эпоксидного стекла, диаметром около 10 см на 20 см в длину, обернутый катушкой из алюминиевой проволоки, питаемый батареями. Медные рельсы были установлены на внутренней части привода, а ведро было прикреплено к медным рельсам пружинными медными лентами из бериллия с автомобильными карбоновыми щетками, установленными на концах. Прохождение ведра подавляло микросвитки, которые запускали разрядку конденсаторов через катушки привода. Ток в катушке лоренцевой силы взаимодействовал с импульсными магнитными полями из катушек привода для ускорения катушки. Когда катушку с ведрами охлаждали жидким азотом для уменьшения ее электрического сопротивления, она могла достичь ускорения около 30 г (300 м/с2). Массовый драйвер был вдохновлен и спроектирован Джераром К. О'Нилом из Принстонского университета (который был в отпуске в MIT в течение 1976-77 учебного года) и Генри Колмом из MIT. Он был построен под их руководством студентами из MIT, в основном с использованием материала, собранного из кучи отходов в лаборатории Bitter Magnet в MIT. Демонстрация на конференции космических производственных мощностей Принстонского университета в мае 1977 года была освещена Nova. В конечном счете О'Нилл и Колм надеялись запустить полезные нагрузки, чтобы избежать скорости с Земли, таким образом снизив стоимость космического запуска до всего лишь около десяти долларов за фунт, стоимость электрической энергии, устранив необходимость запуска ракетного топлива. Дальнейшее развитие ожидает того дня, когда рынок космических запусков вне Земли будет достаточно велик, чтобы оправдать затраты. Идея массового драйвера, возможно, пришла из книги Роберта А. Хайнлайна "Луна - жестокая любовница" 1966 года. Хайнлайн называл подобное устройство "индукционной катапультой".

Constructed in 1976 and 1977, Mass Driver 1 was an early demonstration of the concept of the mass driver, a form of electromagnetic launcher, which in principle could also be configured as a rocket motor, using asteroidal materials for reaction mass and energized by solar or other electric power. As originally envisioned, the mass driver was intended to launch payloads from a lunar base to L5, the fifth Lagrange point in which a stable orbit can be maintained. This is where Gerard K. O'Neill proposed building a space colony (of the five Lagrange points, only L4 and L5 are truly stable, both for the real physical Earth/Moon system as well as for the ideal restricted 3 body case). The model consisted of a series of some 20 drive coils through which a small armature (called the bucket) traveled, pushed by the pulsed magnetic fields of the drive coils. The bucket rode on four rails made from copper plumbing tubes, through which was fed direct current from several car batteries connected in series. It was an epoxy glass cylinder, roughly 10 cm in diameter by 20 cm long, wrapped with a coil of aluminium wire, energized by the batteries. The copper rails were mounted onto the interior of the drive coils, and the bucket was held onto the copper rails by spring loaded beryllium copper strips with automotive carbon brushes mounted on the ends. The passage of the bucket depressed microswitches which triggered the discharge of capacitors through the drive coils. The current in the bucket coil interacted, by the Lorentz force, with the pulsed magnetic fields from the drive coils to accelerate the bucket. When the bucket coil was cooled by liquid nitrogen to reduce its electrical resistance, it was able to achieve an acceleration of around 30 g (300 m/s²). The mass driver was inspired and designed by Gerard K. O'Neill of Princeton University (who was on sabbatical at MIT during the 1976–77 academic year) and Henry Kolm of MIT. It was built under their direction by students at MIT, largely using material scavenged from the scrap heap at the Bitter Magnet Lab at MIT. A demonstration at the May 1977 Princeton University Space Manufacturing Facilities Conference was covered by Nova. Ultimately O'Neill and Kolm hoped to launch payloads to escape velocity from Earth, thus reducing the cost of space launch to only about ten dollars a pound, the cost of electric energy, by eliminating the need to launch rocket fuel. Further development awaits the day when the space launch market off Earth is large enough to justify the cost. The idea for the mass driver may have come from the 1966 Robert A. Heinlein book The Moon Is a Harsh Mistress. Heinlein referred to a similar device as an "induction catapult".