Acelerador de massa

Os aceleradores de massa não precisam de contato físico entre as partes móveis porque guiam seus projéteis por levitação magnética dinâmica, permitindo extrema reutilização no caso de comutação de energia de estado sólido e uma vida funcional de - teoricamente - até milhões de lançamentos. Enquanto os custos marginais tendem a ser consequentemente baixos, os custos iniciais de desenvolvimento e construção são altamente dependentes do desempenho, especialmente da massa pretendida, aceleração e velocidade dos projéteis. Por exemplo, enquanto Gerard O'Neill construiu seu primeiro acelerador de massa em 1976-1977 com um orçamento de $ 2.000, um modelo de teste curto disparando um projétil a 40 m/s e 33 g, com seu próximo modelo tendo uma aceleração de ordem de magnitude maior. Após um aumento comparável no financiamento e, alguns anos depois, pesquisadores da Universidade do Texas estimaram que um acelerador de massa disparando um projétil de 10 quilos a 6.000 m/s custaria 47 milhões de dólares.

Uma espaçonave poderia carregar um acelerador de massa como seu motor principal. Com uma fonte adequada de energia elétrica (provavelmente um reator nuclear), a espaçonave poderia usar o acelerador de massa para acelerar pedaços de matéria de quase qualquer tipo, impulsionando-se na direção oposta. Na menor escala de massa de reação, esse tipo de impulso é chamado de impulso iônico. Nenhum limite teórico é conhecido pelo tamanho, aceleração ou energia do bocal de motores lineares. Porém, limitações da engenharia prática se aplicam como o raio de energia para massa, dissipação de calor residual e a quantidade de energia podendo ser fornecida e controlada. Velocidade de exaustão é idealmente não muito baixa ou alta. Há uma quantidade de velocidade de exaustão ideal dependente para a missão e o impulso específico de cada motor limitado apenas pelo limite de energia da espaçonave. Impulso e momento da exaustão, por unidade-massa expelida, linearmente aumenta com sua velocidade (momento = mv), embora os requerimentos de energia cinética e elétrica aumentam mais rápido com a velocidade ao quadrado E c = ( 1 2 m v 2 ) {\displaystyle Ec=\left({\frac {1}{2}}{mv^{2}}\right)} . Uma velocidade de exaustão muito baixa iria excessivamente aumentar a quantidade da massa do propelente necessário sob a equação do foguete, com uma fração grande de energia indo para acelerar o propelente ainda não utilizado. Uma velocidade muito grande têm benefícios e malefícios, aumentando a eficiência do uso do propelente (mais momento por unidade de massa de propelente usado), mas reduzindo o impulso e a atual taxa de aceleração da espaçonave caso a energia de entrada seja constante (menos momento por unidade de energia providenciada ao propelente).

Um acelerador de massa em uma nave espacial pode ser usado para "refletir" as massas de um acelerador de massa estacionário. Cada desaceleração e aceleração da massa contribui para o momento da espaçonave. A espaçonave leve e rápida não precisa carregar massa de reação e não precisa de muita eletricidade além da quantidade necessária para repor as perdas na eletrônica, enquanto a instalação de suporte imóvel pode funcionar com usinas de energia capazes de ser muito maiores do que a espaçonave, se necessário. Isso poderia ser considerado uma forma de propulsão movida a feixe (um análogo em escala macroscópica de uma vela magnética impulsionada por feixe de partículas). Um sistema semelhante também pode fornecer pelotas de combustível a uma nave espacial para alimentar outro sistema de propulsão.

Lançadores de projéteis eletromagnéticos de alta aceleração de tamanho pequeno a moderado estão atualmente passando por pesquisas e testes ativos pela Marinha dos Estados Unidos para uso como armas baseadas em terra ou em navios (na maioria das vezes canhões elétricos, mas canhões de gauss em alguns casos). Em escala maior do que as armas atualmente próximas à implantação, mas às vezes sugeridas em projeções futuras de longo alcance, um motor linear de velocidade suficientemente alta, um acelerador de massa, poderia, em teoria, ser usado como artilharia intercontinental (ou, se construído na Lua ou em órbita, usado para atacar um local na superfície da Terra). Como o acelerador de massa estaria localizado bem mais acima na gravidade do que os alvos teóricos, ele desfrutaria de um desequilíbrio de energia significativo em termos de contra-ataque. A série de jogos eletrônicos Halo possui armas de defesa orbital, os Magnetic Accelerator Cannons (Canhões de Aceleração Magnéticos), que funcionam da mesma forma do que um acelerador de massa para desferir ataques catastróficos na espécie inimiga dos jogos, os Covenant.

Uma das primeiras descrições de engenharia de uma "Arma elétrica" aparece no suplemento técnico do romance de ficção científica de 1937 "Zero to Eighty", de "Akkad Pseudoman", um pseudônimo para o físico de Princeton e empresário elétrico Edwin Fitch Northrup . O Dr. Northrup construiu protótipos de pistolas de bobina alimentadas por geradores elétricos trifásicos de frequência kHz, e o livro contém fotos de alguns desses protótipos. O livro descreve uma circunavegação fictícia da lua por um veículo de duas pessoas lançado por uma arma elétrica Northrup. Mais tarde, protótipos de aceleradores de massa foram construídos desde 1976 (Mass Driver 1), alguns construídos pelo Instituto de Estudos Espaciais dos Estados Unidos para provar suas propriedades e praticidade. A P&D militar em canhões gauss está relacionada, assim como os trens maglev.