Намотка катушек

TL;DR

  • Назначение: Электромагнитные обмотки для разгона снаряда
  • Материал: Криогенный алюминий (360% проводимости при -180°C)
  • Масса: ~100 т на МД (1000 катушек)
  • Технология: Автоматическая намотка + криогенное охлаждение

Обзор

Катушки масс-драйвера — это электромагниты, создающие магнитное поле для разгона снаряда. Катушки последовательно включаются, притягивая снаряд и разгоняя его до 5 км/с.

Конструкция катушки

Параметр Значение
Количество катушек на трек 1000 (по 1 на метр)
Витков на катушку 50-100
Проволока Алюминий Ø10 мм
Масса одной катушки ~100 кг
ИТОГО масса обмоток ~100 т Al

Схема катушки

  Разрез катушки (вид сбоку):

  ╭─────────────────╮
  │  ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓  │ ← 50-100 витков Al проволоки
  │  ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓  │
  │  ▓▓ [NaK] ▓▓   │ ← Канал охлаждения NaK
  │  ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓  │
  │  ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓  │
  ╰─────────────────╯

Криогенный алюминий

Проблема: На Меркурии нет меди (основной материал обмоток на Земле).

Решение: Алюминий при -180°C имеет проводимость почти как медь при комнатной температуре.

Сравнение проводимости

Материал +20°C -180°C Прирост
Медь 100% 400% 4×
Алюминий 60% 360% 6×

Вывод: Криоалюминий — идеальная замена меди для МД.

Расположение МД

Масс-драйверы размещаются у терминатора (граница день/ночь): - Рабочая часть в тени (температура −180°C) - Радиаторы охлаждения направлены в тень - Электроника и управление в свету (источник энергии)

Производство катушек

Процесс намотки

Этап Оборудование Выход
Производство проволоки Волочильный стан Al Ø10 мм
Намотка катушек Намоточный станок 50-100 витков
Установка охлаждения Сварка NaK-трубок Каналы охлаждения
Изоляция Напыление керамики Защита от дуги
Тестирование Омметр Сопротивление <0.1 Ом

Производительность: 1 намоточный станок → 10-20 катушек/день

Для 1000 катушек: 50-100 дней на 1 станке

С 5 станками: ~3 недели

Подробнее: Прокатный стан

Система охлаждения катушек

Контур NaK

Параметр Значение
Теплоноситель NaK (эвтектический сплав Na-K)
Температура контура -150°C
Расход NaK 100 л/мин на трек
Диаметр трубок Ø20 мм
Масса NaK в системе ~5 т

Радиаторы

Параметр Значение
Площадь радиаторов 5000 м²
Материал Алюминий (теплопроводность)
Расположение Направлены в тень (-180°C)
Отвод тепла ~40 МВт

Принцип: NaK циркулирует через катушки (забирает тепло) → радиаторы в тени (отдаёт тепло) → обратно к катушкам.

Тепловыделение при запуске

Энергобаланс одного выстрела

Параметр Значение
Энергия на запуск 4.7 ГДж (включая потери конденсаторов)
КПД 40%
Потери в тепло 2.8 ГДж
Время выстрела 0.4 сек
Пиковое тепловыделение ~280 МВт (поглощается термомассой)

Средняя мощность

При 600 запусках/сутки:

2.8 ГДж × 600 / 86400 сек = ~20 МВт среднего тепловыделения

Требуется отвод: ~20 МВт постоянно. Пиковое тепло (280 МВт за 0.4 сек) поглощается термомассой катушек и теплоносителя NaK, затем рассеивается за 2-3 минуты между выстрелами.

Износ катушек

Причины износа

Причина Вклад Последствия
Перегрев 40% Деградация изоляции
Электрическая дуга 30% Оплавление витков
Механические вибрации 20% Разрыв проводов
Окисление 10% Коррозия

Срок службы

Режим Запусков Срок службы
Интенсивный (600/день) ~500 000 3-5 лет
Средний (300/день) ~500 000 5-7 лет

Замена: ~30 т Al/год на 1 МД.

Материальный баланс

На 1 МД (новый):

Компонент Масса Производство
Обмотки (1000 катушек) 100 т Al 42 т/день → 2.5 дня
Система охлаждения NaK 5 т NaK Местное
Радиаторы 50 т Al 42 т/день → 1.5 дня

Замена (износ, 1 МД за 5 лет):

Компонент Масса/год Расход
Обмотки 30 т Al 0.7 дня производства
NaK 1 т Доливка

Монтаж катушек на трек

Этап Время Роботы
Установка каркасов катушек 3 дня 20 Кентавров-М
Монтаж катушек (1000 шт) 2 недели 10 Кентавров-М
Подключение охлаждения 3 дня 10 Кентавров-М
Прокладка силовых кабелей 3 дня 10 Кентавров-М
Тестирование цепи 2 дня Автоматика

ИТОГО: ~3-4 недели от установки до готовности. (Параллельно с монтажом рельсов и каркаса.)

Контроль качества

Параметр Контроль Норма Действие при отклонении
Сопротивление Омметр <0.1 Ом Перемотка
Изоляция Мегаомметр >10 МОм Дополнительное покрытие
Индуктивность LCR-метр В пределах ±5% Корректировка витков
Охлаждение Термопары T <−140°C Проверка контура NaK

См. также