Magnetoplasamadynamic thruster

Magnetoplasmadynamic thruster은 로렌츠 힘을 이용해서 추진체를 밀어내는 로켓임.

이 추진기에는 두 가지 방식이 있음

self field MPD는 엔진 스스로 자기장을 만들어서 입자를 내보낼 수 있지만

applied field MPD는 외부에서 헬름홀츠 코일이나 영구자석 등으로 자기장을 걸어줘야 됨.

 

외부에 자기장을 걸어주는 이유는 아래에 원리를 자세히 설명할 때 알겠지만 간단히 설명하자면 스스로 만들어내는 자기장이 입자를 빠르게 내보내는 데 충분하지 않기 때문임

MPD는 양극과 음극으로 되어 있고 그 사이에 높은 전압을 방전시키면 전자가 이동하면서 전류를 만들고 자기장이 생김(또는 외부에서 자기장을 공급해줌). 그러면 추진체 입자들이 엔진에서 전자와 부딪히면서 이온화되고 추진체가 플라스마가 됨. 자기장과 전기장 사이에서 추진체 입자들은 로렌츠 힘을 받아서 엔진 밖으로 배출되고 이 과정에서 추력이 발생함.

self field MPD

applied field MPD

전자기 추진 엔진에서 성능에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 몰 질량이 아닌 이온화 경향임. 따라서 MPD도 헬륨, 네온, 아르곤, 제논과 같은 불활성기체나 리튬 같은 알칼리 금속을 추진체로 사용함.

이 사진은 리튬을 연료로 사용하는 소련 MPD임.

 

MPD의 수명은 음극의 재료, 형상에 따라 달라지는데 방전이 일어나면서 음극이 마모되기 때문임.

지금까지 만들어진 applied field MPD들의 성능을 나타낸 표임.

 

MPD는 구조가 VASIMR보다 간단하고 추력도 꽤 높아서 유인 화성 탐사 등에 쓰일 수 있다고 함. 다른 이온엔진들보다 더 높은 전압에서 작동하기 때문에 MW급 전력을 먹는 엔진을 만들 수 있음.

 

NASA에서 테스트 중인 엔진은 배기 속력 100km/s, 추력 100N, 소비전력 1MW 정도라고 함.

 

https://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs22grc.html

NASA - Magnetoplasmadynamic Thrusters

https://beyondnerva.com/electric-propulsion/magnetoplasmadynamic-mpd-thrusters/

Magnetoplasmadynamic (MPD) Thrusters – Beyond NERVA