Der MHD-Antrieb ist der Durchbruch, den die Menschheit braucht, um den Weg in den Weltraum zu meistern. Schließlich können Projekte wie Iris Astron und das CHOS-Projekt keine massiven Weltraumprojekte sein, wenn wir es nicht einmal schaffen, in den Weltraum zu gelangen, richtig? Da der MHD-Antrieb so wichtig für den zukünftigen Erfolg von Iris Astron, dem AOS-Projekt und damit der Menschheit insgesamt ist, haben wir beschlossen, dieses gesamte Video diesem Thema zu widmen.
Zunächst einmal ist MHD ein Akronym und steht für Magnetohydrodynamik. Aber natürlich wirft diese Aussage nur die Frage auf: Was ist Magnetohydrodynamik? Laut Wikipedia wird Magnetohydrodynamik auch als Magnetofluiddynamik oder Hydromagnetik bezeichnet und ist das Studium der magnetischen Eigenschaften und des Verhaltens elektrisch leitender Flüssigkeiten. Während sich die Magnetohydrodynamik technisch gesehen nur auf Wasser bezieht – daher der Begriff „Hydro“ – hat sich die Bedeutung im Laufe der Zeit weiterentwickelt und bezieht sich mittlerweile allgemein auf alle elektrisch leitenden Flüssigkeiten.
MHD und Feldantriebe
Eines haben alle diese Raumschiffe gemeinsam: Sie nutzen alle eine Form von Feldantriebstechnologie. Diese Seite beschreibt die evolutionären Schritte, die wir bei der Erforschung und Entwicklung von Feldantriebstechnologien unternehmen werden, beginnend mit der Entwicklung des el-dynamischen Drohnenantriebs und MHD-Luft- und Raumfahrzeuge, interplanetarischen Raumschiffen und letztendlich auch Sternenschiffen.
Kommen wir nun zurück zu unserem Thema: Was ist der MHD-Antrieb? MHD-Antrieb ist eine Form des Antriebs, die elektromagnetische Kräfte nutzt, um Flüssigkeiten wie ionisierte Luft, Plasmen, Meerwasser usw. zu bewegen – und das ohne Propeller oder irgendeine Art von Tragflächen. Tatsächlich funktioniert er ganz ohne bewegliche Teile. Das zugrunde liegende Prinzip des MHD-Antriebs besteht darin, eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch die Lorentzkraft zu beschleunigen, also die abstoßende magnetische Kraft, die entsteht, wenn ein elektrischer Strom senkrecht zu einem Magnetfeld verläuft.
Unterschied zwischen MHD-Antrieb und Ionenwindantrieb
Oftmals wird MHD-Antrieb mit Ionenwindantrieb verwechselt. In einer Diskussion über MHD-Antrieb wird häufig der Ionenwindantrieb erwähnt oder man verwechselt beide. Daher ist es wichtig, den Unterschied zwischen diesen beiden Antriebsarten zu erklären. Der Ionenwindantrieb, allgemein als elektrohydrodynamischer Antrieb (EHD) bezeichnet, beschleunigt ionisierte Luft oder eine andere elektrisch leitfähige Flüssigkeit, wobei nur elektrische Felder, nicht aber magnetische Felder genutzt werden.
Im Allgemeinen erzeugt der EHD-Ionenwindantrieb bei gleichem Volumen weniger Schub als der MHD-Antrieb. In technischer Fachsprache wird dies als Leistungsdichte bezeichnet. Obwohl es einen deutlichen Unterschied zwischen EHD- und MHD-Antrieb gibt, können sich beide in manchen Fällen überschneiden und sogar im selben Fahrzeug zusammen verwendet werden.
Funktionsweise des Ionenwinds
Der Begriff „Ionenwind“ lässt sich leichter verstehen, wenn man darüber nachdenkt, was damit gemeint ist. Ionenwind entsteht, wenn ein intensives elektrisches Feld zu einem Luftdurchbruch führt und eine Wolke von geladenen Ionen oder Elektronen bildet, je nach Polarität des Feldes. Diese Ionen oder Elektronen werden vom elektrischen Feld und voneinander abgestoßen, bewegen sich in Richtung eines elektrischen Feldes entgegengesetzter Polarität und stoßen dabei mit neutralen Luftmolekülen zusammen. Dadurch entsteht ein Wind, der sich vom ursprünglichen elektrischen Feld entfernt.
Elektrohydrodynamik vs. Elektrodynamik
Es ist wichtig zu verstehen, dass Elektrohydrodynamik (EHD) nicht dasselbe ist wie Elektrodynamik. Die Elektrodynamik umfasst sowohl EHD- als auch MHD-Antrieb. Das bedeutet, dass alle Formen des EHD- und MHD-Antriebs elektrodynamische Antriebe sind, aber nicht alle Formen des elektrodynamischen Antriebs notwendigerweise EHD oder MHD sein müssen.
Grundlagen des MHD-Antriebs
Kommen wir nun zu den Grundlagen des MHD-Antriebs. Erinnern wir uns daran, wie Tragflächen funktionieren. Bei der Untersuchung dieses Themas stellt man fest, dass es keine eindeutige Antwort gibt, wie Tragflächen funktionieren. Allerdings basieren alle Erklärungen auf dem Konzept, einen Druckunterschied zwischen der Ober- und Unterseite einer Tragfläche zu erzeugen. Das Ziel ist es, den relativen Druck auf der Unterseite zu erhöhen, was zu einem Effekt namens Auftrieb führt.
Der genaue Mechanismus des Auftriebs hängt jedoch von den spezifischen Umständen wie Flugumgebung, Tragflächendesign usw. ab. Unterschiedliche Mechanismen können in verschiedenen Situationen oder sogar gleichzeitig wirken.
Die Lorentzkraft
Was ist die Lorentzkraft? Die Lorentzkraft ist die abstoßende Kraft zwischen Magneten oder genauer gesagt die Kraft, die entsteht, wenn elektrischer Strom im rechten Winkel zu einem Magnetfeld fließt. Dies gilt auch für Permanentmagnete, wie gewöhnliche Kühlschrankmagnete. Bei MHD-Antrieben werden entgegengesetzt geladene Elektroden verwendet, um den benötigten elektrischen Strom durch die Flüssigkeit zu leiten. Ein Magnetfeld wird dann rechtwinklig dazu angelegt, was die Lorentzkraft erzeugt und die Flüssigkeit beschleunigt oder abbremst.
MHD-Antrieb in der Atmosphäre
Wie funktioniert der MHD-Antrieb in der Atmosphäre? Elektrische und magnetische Felder können nur auf ein leitfähiges Medium einwirken. Ein MHD-getriebenes Fahrzeug muss daher die Luft zuerst ionisieren. Dies kann auf verschiedene Weisen geschehen, wobei eine der effizientesten Methoden die Hochfrequenz-Impulsentladung (HF-Impulsentladung) ist. Hierbei erzeugt ein Wechselstrom elektromagnetische Felder, die die Luft ionisieren. Diese ionisierte Luft bildet eine leitfähige Hülle um das Fahrzeug, die die Bewegung ermöglicht.
MHD-Antrieb im Weltraum
Im Weltraum nutzt der einfachste MHD-Antrieb kalte Plasmen, um Schub zu erzeugen. Alternativ können Hochfrequenzentladungen oder Mikrowellen verwendet werden, um Gase in ein heißes Plasma zu überführen. Dieses Plasma wird dann mittels Magnetfeldern beschleunigt. In der nicht allzu fernen Zukunft könnten MHD-Raumantriebe direkt mit dem Quantenvakuum interagieren, um Schub zu erzeugen.
Für alle, die den Haunebu-, Plasma- bzw. MHD Antrieb nachbauen wollen, empfehlen wir dieses Buch.
