Apa itu Penggerak Magnetohidrodinamik?

Penggerak magnetohidrodinamik (MHD) adalah mesin tanpa bagian yang bergerak yang menghasilkan gaya dorong dengan mempercepat fluida bermuatan dengan medan elektromagnetik. Ini dikenal sebagai gaya Lorentz, yang besarnya dalam newton pada partikel bermuatan tertentu dapat dihitung dengan menambahkan kerapatan medan listrik dalam volt per meter ke kecepatan sesaat partikel dalam m/s, mengalikan jumlahnya dengan kerapatan medan magnet di teslas, dan mengalikan produk itu dengan muatan listrik partikel dalam kolom.

Ketika intensitas medan elektromagnetik meningkat, baik gaya dorong maupun impuls spesifik dari penggerak magnetohidrodinamik juga meningkat. Gaya Lorentz dapat dimanfaatkan untuk propulsi di pesawat ruang angkasa, yang menggunakan plasma bermuatan sebagai media fluida, dan karena itu disebut pendorong magnetoplasmadynamic (MPD). Prototipe eksperimental telah diuji pada satelit Rusia dan Jepang.

Magnetohidrodinamika secara umum adalah disiplin ilmu yang mempelajari setiap cairan bermuatan listrik. Menjelaskan dan memprediksi perilaku fluida bermuatan listrik memerlukan penggabungan persamaan dinamika fluida Navier-Stokes dengan persamaan elektromagnetisme Maxwell. Ini berarti bahwa dua set persamaan diferensial harus diselesaikan secara bersamaan, yang berarti perhitungannya intensif secara komputasi dan seringkali membutuhkan superkomputer.

Pada 1990-an, Mitsubishi membangun prototipe untuk kapal berlayar di laut yang menggunakan penggerak magnetohidrodinamik, tetapi ini hanya mencapai kecepatan 15 km/jam (9.3 mph), meskipun diperkirakan 200 km/jam (124.3 mph). Karena kurangnya bagian yang bergerak, mesin magnetohidrodinamik pada prinsipnya dapat diandalkan, ekonomis, efisien, senyap, dan elegan secara mekanis. Namun, karena sumber bahan bakarnya adalah listrik dan kita masih kekurangan sarana murah untuk membuat sel bahan bakar dengan kepadatan daya tinggi, kapal yang menggunakan penggerak MHD harus memiliki generator onboard yang berat yang membakar solar. Jika biaya sel bahan bakar hidrogen meningkat secara drastis di tahun-tahun mendatang, penggerak MHD mungkin terbukti sebagai alternatif yang layak untuk baling-baling.

Di pesawat ruang angkasa, pendorong magnetoplasmadynamic membutuhkan daya yang cukup besar — ​​dalam megawatt — untuk bekerja secara optimal. Saat ini, bahkan pembangkit listrik pesawat ruang angkasa terkuat hanya menyediakan beberapa ratus kilowatt, yang berarti bahwa pendorong MPD tetap menjadi teknologi masa depan. Namun, prinsip pengoperasian pendorong MPD memungkinkan mereka untuk memiliki impuls spesifik yang sangat tinggi, lebih dari 20 kali impuls spesifik roket kimia, dengan kekuatan yang cukup.