El Mass Driver

El físico Gerald K.O’Neill principal impulsor de la idea de los habitats espaciales(Cilindro de O’Neill), no pensó construir estos con recursos terrestres, como seguramente pensaran muchos , y lo cual seria carísimo, sino con materiales lunares(aunque a posteriori se podrían abandonar estos por los de origen asteroidal).
La pozo gravitatorio lunar es muchísimo menor que el terrestre, por lo cual se necesita menos energía para escalarlo, lo cual se traduce en que elevar algo desde la superficie lunar es mas barato, mas exactamente un 5% de lo que costaría hacerlo desde la superficie terrestre. Además la ausencia de atmósfera no dificulta el proceso interponiendo una fricción con el proyectil.
Es decir si queremos coger todo el material necesario para construir un hábitat espacial, mejor que lo hagamos desde la Luna y no desde la Tierra. POR ESO UNA BASE LUNAR ES TAN IMPORTANTE.
O’Neill con el fin de enviar eficazmente materias primas desde la Luna a los Puntos Langranianos donde se construirá un hábitat espacial, ideo un sistema que lo haría de forma eficaz, el famoso ‘mass driver’.
El mass driver es una especie de catapulta magnética. La idea básica es acelerar una carga magnéticamente a través de un largo tubo acelerador.

Si acercas dos imanes los campos magnéticos se atraerán (o se repelerán según orientación de los polos). Si haces pasar corriente eléctrica por una bobina de alambre esta generara un campo magnético. Esto se conoce como electroimán. Igualmente dos electroimanes se pueden repeler o atraer . La posición de los polos en este caso se determina según la corriente sea de sentido horario o antihorario en la bobina.
Un mass driver constaría de un largo túnel con numerosas bobinas, las bobinas guía, y una cubeta que lleva un paquete con el material a lanzar, y que tiene dos bobinas de radio menor a las bobinas guía. La cubeta se acelera en el interior del tubo.
Cada bobina guía se conecta independientemente de las otras y solo una en cada ocasión. La bobina de la cubeta tiene corriente en todo momento. La bobina guía induce corriente en la bobina de la cubeta.
La bobina de la cubeta se siente atraída por una bobina guía, acelerándose por lo tanto. Cuando la bobina de la cubeta llega al centro de la bobina guía, la bobina guía se apaga, porque sino tras ese punto se desaceleraría, atraída otra vez de vuelta. Para entonces la siguiente bobina ya conectada seguirá atrayéndola y manteniendo la aceleración.
Es decir cada bobina guía se enciende únicamente cuando la bobina de la cubeta este lo suficientemente cerca para realizar una atracción provechosa, y cada bobina guía se apaga cuando la bobina de la cubeta atraviesa su centro.

La cubeta nuca toca el túnel puesto que el campo magnético creado la hace levitar manteniéndola en el centro.
Esto es un mass driver que solo tira, hay versiones que tiran y empujan. Para ello después de pasar por el centro la bobina de la cubeta, la bobina guía cambia de polaridad para crear repulsión. Pero esto es mas complicado.
Como resultado la cubeta sufre aceleraciones de miles de g durante su recorrido por el tubo. Al final de este el paquete sale despedido a una gran velocidad(en este caso a la velocidad de escape lunar), mientras que la cubeta donde iba se frena en una sección de desaceleración.
En la sección de desaceleración, el momento de esta cubeta se vuelve a transformar en corriente eléctrica.
En definitiva se puede decir que la sección de aceleración funciona como un motor y la de desaceleración como un generador.
El rendimiento de la energía que se recupera esta entre un 70% y un 90%.
La cubeta una vez frenada vuelve al inicio de la sección de aceleración con un nuevo paquete, para repetir el proceso de nuevo. Es un sistema con recirculación.

Dentro del tubo se hace el vacío, sino la fricción con el aire supondría graves problemas, por desgaste de la cubeta, desviación de la trayectoria...lo bueno que tiene la Luna es que el vacío sale gratis.
No se envía una gran carga cada mucho, sino innumerables paquetes pequeños(de pocos kilos) continuamente(cada segundo mas o menos).
El material lunar es compactado en pequeños paquetes y sellados con una fina capa de fibra de vidrio para su posterior introducción en la cubeta del mass driver.
Una ventaja del mass driver frente a un sistema de cohetes es que no enturbiaría la atmósfera lunar. La gravedad lunar es los suficientemente alta para mantener una atmósfera. Muchos lanzamientos de cohetes la harían cada vez mas densa, requiriéndose años para recuperar su situación inicial.

Imagen: O'Neill (centro) con el Mass Driver 1
El mass driver no es solo algo teórico, se han creado varios prototipos desde hace tres décadas cuando surgió la idea.
En 1977 O’Neill junto a Dr. Harry Kolm y un grupo de estudiantes del MIT desarrollaron el Mass Driver 1, de pequeño tamaño, únicamente con 20 bobinas, con material de fontanería y motores de coches colocados en serie. Fue capaz de proporcionar 33 g.
Mas tarde desarrollaron el Mass Driver 2 capaz de dar 500 g de aceleración.
El posterior Mass Driver 3 fue capaz de llegar a las 1800 g.
La siguiente imagen muestra la longitud necesaria de la sección de aceleración del mass driver correspondiente para conseguir la velocidad de escape lunar. Únicamente 160 metros! El mass driver se podría construir aquí y después llevarlo plegado a la luna.

Se supone que un mass driver lunar seria capaz de enviar a los Puntos Langranianos 600.000 toneladas al año. Varios podrían suministrar todo el material necesario para construir un hábitat pequeño estilo Esfera de Bernal en pocos años, y para los paneles solares del SPS. La composición del suelo lunar es 43% oxigeno(aire), 21% silicio(vidrio, paneles solares),10% aluminio, 9% hierro,% magnesio, 2% titanio(estructuras metálicas). Esto solo reduce la necesidad de subir cosas desde la Tierra a compuestos de nitrógeno, carbono y agua. Esta necesidad se elimina si se tiene acceso a los asteroides, después la Luna no seria necesaria.
El mass driver se pondría convertir en un futuro en la mejor opción para el transporte de material por todo el sistema solar. Obviamente no como medio de transporte para las personas, pues unas aceleraciones tan enormes son mortales.
No solo eso, también seria un modo de desviar asteroides de forma muy efectiva y con gran precisión, en un periodo de tiempo de meses. Un mass driver o varios, en un asteroide podrían utilizar la misma masa del asteroide como material de propulsión, como si fuesen cohetes anclados a este solo que en vez de utilizar como empuje un gas a altas temperaturas, estos crean el empuje lanzando material sólido a velocidades altísimas, de miles de g. La misma idea se puede aplicar para mover naves espaciales y habitats espaciales.
Partiendo de las bases con las que funciona el mass driver, se daría lugar a avances mas importantes como varios equivalentes del ascensor espacial que no necesitan nanotubos de carbono, un tipo de habitats de los que todavía no he hablado hasta ahora y un montón de cosas mas. Estos temas no tardaran, lo prometo.
Actualizacíon(extra video)
Mas información.Articulo en PERMANENT.DYNAMICS AND DESIGN OF ELECTROMAGNETIC MASS DRIVERS(1)(2)(3)MASS DRIVER UP-DATE
Wis_alien del blog Wis Physics construyo hace no mucho un cañón gauss, que es el hermano pequeño del mass driver.