Бабичев Александр Федорович : другие произведения.

Патентный поиск

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:

ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК

  
   Из -- за отсутствия легких накопителей электрической энергии -- аккумуляторов, в настоящее время известна лишь одна космическая автономная система, использую­щая принцип электромагнитного ускорения. Поэтому автономные эл. двигатели всегда рассматриваются в сочетании с бортовой атомной электростанцией, работающей по тепловому циклу.
   Принципиальная схема космической энерго-установ­ки включает в себя, как и любая наземная электростанция, источник тепла, в данном случае ядерный реактор; тепло­вую машину, преобразующую подведенное тепло в элект­рическую энергию, и холодильник -- устройство, отводя­щее отработанное тепло.
   В космическом пространстве сброс тепла возможен только излучением. Насколько это серьезное обстоятель­ство, можно представить себе из следующего примера. Для излучения тепла в 1 кВт при средней температуре теплосброса в наземных электростанциях 50®С требуется пло­щадь излучающей поверхности холодильника 1,64м.кв. Для электрического двигателя мощностью 100 кВт, что соот­ветствует мощности ЖРД с тягой всего около 30 кгс и общим КПД двигательной системы 20%, при этой же температуре потребуется холодильник площадью 1300м.кв.
   Остальные же типы реактивных двигательных систем /РДС/ относят к внешним источникам излучения, находя­щимся на Земле или орбите.
   Электрический реактивный двигатель представляет собой устройство для преобразования электрической энергии, вырабатываемой на борту ракеты, в кинетическую энер­гию отбрасываемой массы. Самый простой способ пре­образования осуществляется в так называемых электро­термических двигателях, когда рабочее тело нагревается электрическим током и затем ускоряется в реактивном сопле, как в обычных тепловых двигателях.
  
  

Схема РДС с внешними источниками излучения

[]

   Хотя при электрическом нагреве могут быть получены очень высокие температуры, более предпочтительными являются двигатели с электромагнитным ускорением ра­бочего тела. В этих двигателях в кинетическую энергию преобразуется энергия электромагнитного поля и, следо­вательно, в них нет термодинамических ограничений на величину скорости истечения и на КПД преобразования энергии.
   По тем электромагнитным силам, которые используются для ускорения рабочего тела, различают: ионные, плазменные и высокочастотные двигатели.
   В ионных двигателях ускорение происходит за счет вза­имодействия поля с ионами или заряженными микрочастицами рабочего тела.
   В плазменных двигателях используется взаимодействие тока с магнитным полем.
   Основное преимущество такого двигателя заключается в том, что за счет ускорения рабочего тела с помощью электродинамических сил предоставляется возможность получения высоких скоростей истечения реактивной струи. В качестве рабочего тела используется плазма, получаемая из атмосферного воздуха; источник энергии -- лазерные генераторы, орбитальные или наземные станции, вдоль ко­торых движется транспортный космический корабль.
   Двигательные схемы на основе внешних источников электромагнитного излучения, использующие лазеры в ка­честве генераторов, лежат в инфракрасном и видимом диапазонах частот. Длины волн, соответствующие этим частотам, варьируют от 0,3 до 15 км., и, хотя размеры антенн, необходимые для формирования лучей с малой расходимостыо, составляют сотни тысяч и даже миллионы длин волн, абсолютные размеры не превосходят нескольких метров.
   Возможность реализации мало расходящихся пучков при относительно небольших размерах антенн является одной из причин пристального внимания к видимому и инфракрасному диапазонам длин волн, а в перспективе к ульт­рафиолетовому и рентгеновскому излучениям с целью реализации двигательных систем, основанных на внешних источниках энергии.
   В высокочастотном двигателе ускорение осуществляется полем бегущей электромагнитной волны.
   Одной из возможностей преобразования энергии СВЧ -- диапазона в энергию силы тяги является введение СВЧ -- мощности в высокоионизированную плазму на частоте циклотронного резонанса, т.е. на частоте, с которой вра­щаются электроны вокруг линий магнитного поля.
   Достоинства подобного вида ускорения плазмы обу­словлены безэлектродной структурой ускорения и полным отсутствием подвижных частей. Таким образом, можно в принципе ожидать, что двигатель будет отличаться пре -- дельной простотой конструкции и долговечностью. Ис­пользование СВЧ --двигателей для создания основной тяги / Р > 100 кВт в непрерывном режиме и маломощных Р < 100 кВт / станет возможным после того, как в них будут внесены некоторые технические усовершенствования, и если будут реализованы системы передачи энергии с по­мощью СВЧ --пучков /спутниковые солнечные электро­станции/.
   В этой рукописи, как правильно указывает рецензент, кандидат технических наук В.Околотин, предлагается но­вый принцип космических полетов за счет мощных ра­диоизлучений и автономной энергетической установки, собранной по кольцевой схеме -- плазменные двигатели с МГД -- генераторами, объединяющие в своем рабочем цикле электромагнитное излучение, гравитационное поле, принцип электрического реактивного двигателя в сочетании с бортовой атомной электростанцией, ионного, фотонного, лазерного и СВЧ --двигателей.
   Известно, что двухпроводные линии при расстоянии между их проводами d ™ 0,1 ? , как и противофазные ан­тенны, начинают довольно интенсивно излучать энергию в окружающее пространство.
   Предложенные нами схемы модернизированной двухпроводной длинной линии, раздвинутой на некоторое рас­стояние и некоторый угол одновременно, работающей в диапазоне /метровых/ дециметровых волн, и раздвинутой спиральной антенны с переменным диаметром, применяемой как облучатель в сантиметровом диапазоне волн, по­зволяет получить возможно большее излучение.
   Между раздвинутыми спиралями антенн расположен корпус звездолета, покрытый ферромагнитным слоем, ко­торый усиливает магнитное поле и надежно удерживает его в защитной зоне корабля. Действующее значение напряженности электрического поля волн (Е = 5,5
)оказывает возможность работать в этих диапазонах круглосуточно без смены частот.
   В результате направленного действия излучающих антенн летательного аппарата впереди него создается разряжение, а с боковых сторон уплотнение космического вакуума, который удерживается на определенном рассто­янии от корабля собственным магнитным полем, образо­ванным электромагнитным излучением и ферромагнит­ным экраном, сквозь этот своеобразный тоннель косми­ческий корабль и устремляется к звездам.
   В магнитном поле ферромагнитные частицы, сцепляясь друг с другом, выстраиваются вдоль силовых линий, создавая излучающую оболочку. При достаточной магнит­ной проницаемости вещества ферромагнитного покрытия /и ферромагнитной пыли/ все внешнее поле оказывается сосредоточенным в этой оболочке и не происходит его бес­полезного рассеивания.
   Полная классификация атомной магнитной структуры основывается на теории магнитной симметрии, учитываю­щей не только расположение магнито-- активных ионов, но и упорядоченную ориентацию атомов магнитных мо­ментов в кристалле /ферро -- , ферри или антиферромагнетике/ :
   а -- простая спираль с нулевым значением проекции магнитного момента на ось спирали;
   б -- ферромагнитная /коническая/ спираль с постоянным значением проекции магнитного момента на ось спи­рали;
   ? - период спирали
   Известно, что электромагнитное излучение, к которому относится и видимый свет оказывает давление на материальные тела. Соответственно этому излучающее тело испытывает импульс отдачи фотонов электромагнитного поля.

[]

  
   Классическая теория излучения /Теория Максвелла/ поясняет физические причины существования свободного электромагнитного поля /т.е. самоподдерживающегося не­зависимого от возбудивших его источников/, которые тесно связаны с тем, что изменяющееся во времени электри­ческое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н -- вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитного поля, оно может существовать автономно от по­родившего его источника и не исчезает с устранением источника /например, радиоволны не исчезают и при от­сутствии тока в излучившей их антенне/.
   В процессе излучения электромагнитное поле уносит от источника излучения энергию. Плотность потока энергии этого поля определяется вектором Пойтинга П, который пропорционален векторному произведению /ЕН/.
   Если частота излучения, попадающего на уже возбуж­денный атом, совпадает с одной из частот возможных для этого атома / согласно 5 / квантовых переходов, то атом испускает квант излучения, такой же, как и налетевший на него /резонансный/ фотон внешнего излучения. В обыч­ных условиях интенсивность вынужденного излучения мала по сравнению с интенсивностью спонтанного / атом, на­ходящийся в неустойчивом/возбужденном/состоянии, через некоторое время самопроизвольно /спонтанно/ переходит в состояние с меньшей энергией, испуская фотон; такое излучение называют спонтанным/. Однако она сильно возрастает в так называемой активной среде, в которой искусственно создана инверсия населенностей, т.е. в одном из возбужденных состояний находится больше атомов, чем в одном из, состояний с меньшей энергией. При попадании в такую среду резонансного фотона испускаются фотоны, в свою очередь играющие роль резонансных. Число излу­чаемых фотонов лавинообразно возрастает, результирую­щее излучение состоит из фотонов, идентичных по своим свойствам; т.е. образуется когерентный поток излучения.
  
  
  
   I. Возбуждение II. Ионизация III. Генерация тормоз­ного
   излучения
  
   Таким образом, направленное действие антенной сис­темы на определенной частоте и магнитная защитная обо­лочка корабля создают эффект отталкивания между электромагнитным излучением летательного аппарата и огромным числом очень мелких частиц, пронизывающих Вселенную, а между такими тяготящими массами происходит интенсивная генерация / самовозбуждение / ваку­ума, в результате чего возможна антигравитация. В этом случае по-видимому, и рассматриваемый двигатель мо­жет оказаться значительно эффективней из --за того, что аннигиляция, т.е. взаимодействие частиц и античастиц, создаст большую плотность вакуума за летящим кораблем Если повышенная сила упругости вакуума за летательным аппаратом приведет к возникновению тягового усилия, то последнее будет складываться с тяговым усилием двигательной установки.
   Преимуществом такого типа излучателя с ферромаг­нитным покрытием корпуса летательного аппарата является его полная неуязвимость к поражению метеоритами и бомбардировке поверхности корабля частицами космической плазмы, проникающего излучения гамма-- и рентгеновского диапазонов, защитой его от теплового нагрева, а также малые размеры при транспортировке всей системы с поверхности Земли /планет/ в межзвездное про­странство.
   Проектирование антенной системы излучателя ведется в расчете на распространение электромагнитного поля волны в свободном пространстве, характеризуемом диэлектрической проницаемостью --

?0 = (1/36k)?10-9
8,854?10-12

   и магнитной проницаемостью --

?0 = 4? ?10-7

   поэтому включение излучателя следует производить на некотором расстоянии /30 -- 35м/ от поверхности Земли / планет/. На этих высотах прекращается действие и вих­ревых потоков воздуха, огибающих /лесные массивы, зда­ния, овраги, возвышенности и т.д./ рельеф местности Земли, а геомагнитные линии начинают плавно огибать поверхность планеты.
   Магнитная постоянная /магнитная проницаемость вакуума/, коэффициент проницаемости ?0, появляется в ряде формул электромагнетизма при записи их в Международной системе единиц /СИ/. Так, индукция В магнитного поля /магнитная индукция/ и его напряженность Н, свя­заны в вакууме соотношением
   В = ?0Н,
   где ?0=4 ? -10-7 Гн/м = 1,256637?10-6 Гн/м
   Сердцем же звездолета могут служить плазменные дви­гатели, скомпонованные в кольцо с МГД--генераторами.
   Плазму называют "четвертым состоянием "вещества. Но ее проще всего представить себе как "третье состояние", как газ, где беспорядочно движутся и сталкиваются ней­тральные молекулы, положительные и отрицательные ионы, свободные электроны.
   Свободные заряженные частицы, особенно электроны, легко перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды, входящие в состав плазмы отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы полное поле внутри плазмы было равно нулю.
   Именно отсюда вытекает необходимость практически точного равенства плотностей электронов и ионов в плазме -- ее "квазинейтральности". Она соблюдается, если ли­нейные размеры области, занимаемой плазмой, много больше дебаевского радиуса экранирования
  

D =

  
   где: Те -- электронная температура плазмы,
   Тi -- ионная температура плазмы,
   nе и ni -- электронная и ионная плотность
   Нарушение квазинейтральности в объеме, занимаемом плазмой, ведет к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность.
   Следовательно, лишь при выполнении этого условия можно говорить о плазме как таковой.
   Взаимодействие частиц плазмы между собой характе­ризуется кулоновскими силами притяжения и отталкива­ния, убывающими с расстоянием гораздо медленнее /т.е. значительно более "дальнодействующими"/, чем силы вза­имодействия нейтральных частиц. По этой причине взаи­модействие частиц в плазме является, строго говоря, не "парным", а "коллективным" -- одновременно взаимо­действует друг с другом большое число частиц.
   Электрические и магнитные поля очень сильно дейст­вуют на плазму, вызывая появление в плазме объемных зарядов и токов и обуславливая целый ряд специфических свойств плазмы.
   Следовательно ионизации плазмы ? называют отношение числа ионизированных атомов к полному их числу в единице объема плазмы. Для многозарядных ионов следует учитывать кратность ионизации атомов. В зависимости от величины а говорят о слабо, сильно и полностью ионизированной плазме.
   Плазма называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. Это условие выполняется, когда число частиц в сфере радиуса D велико: nd= 4/3 ?
 >> 1
   В молнии Т~ 2?104Кn ~2,5?1019 /плотность воздуха/
   и, следовательно, D ~10-7 см, но ND ~ 1/10
   -- такую плазму называют слабонеидеальной.
   Помимо хаотического теплового движения частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных "коллективных процессах", из которых наиболее характерны про­дольные колебания пространственного заряда, называе­мые ленгмюровскими волнами. Их угловая частота


   называется плазменной частотой /е и m -- заряд и масса электрона/.
   Многочисленность и разнообразие коллективных процессов, отличающих плазму от нейтральных газов, обу­словлены "дальностью" кулоновского взаимодействия частиц плазмы, благодаря чему плазму можно рассматривать как упругую среду, в которой легко возбуждаются и распространяются различные шумы, колебания и волны.
   В магнитном поле с индукцией В на частицы плазмы действует сила Лоренца; в результате этого заряженные час­тицы плазмы вращаются с циклотронными частотами

?в = еВ/mс,

   по ларморовским спиралям /кружкам/ радиуса

?B = v‰/?B,

   где v‰-- перпендикулярная В составляющая скорости частицы /магнитные ловушки/.
   В таком взаимодействии проявляется диамагнетизм плазмы: создаваемые электронами и ионами круговые токи уменьшают внешнее магнитное поле; при этом электроны вращаются по часовой стрелке, а ионы -- против нее.
   Магнитные моменты таких круговых токов равны ?= v‰2/2 В и в неоднородном поле на них действует /диамагнитная/ сила, стремящаяся вытолкнуть частицу плазмы из области сильного поля в область более слабого поля, что является важнейшей причиной неустойчивости плазмы в неоднородных полях.
  
  
[]
Вращение ионов
   и электронов по
   ларморовским спиралям
  
   Радиус вращения ионов (е>0) больше
   радиуса вращения электронов (е<0)
  
  
   Если же в плазме не возбуждены какие--либо интен­сивные колебания и неустойчивости, то только столкновения частиц определяют ее так называемые диссипативные свойства -- электропроводность, вязкость, теплотворность и диффузию.
  
   Низкотемпературной принято считать плазму с Тi © 105К, а высокотемпературной -- плазму с Тi
106--108К и более. Это условное разделение связано с особой важностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза /УТС/.
   В состоянии плазмы находится подавляющая часть ве­щества Вселенной -- звезды, звездные атмосферы, га­лактические туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в космосе в виде солнечного ветра, за­полняет магнитосферу Земли /образуя радиационные пояса Земли/ и ионосферу. Здесь приходится около 1000 сво­бодных электронов на один кубический сантиметр, что со­ставляет тысячные доли процента по отношению к пол­ному числу молекул в единице объема, это очень разря­женная, "неплотная" плазма. На Солнце и в недрах горя­чих звезд, где происходят термоядерные реакции, плазма "плотная" и "горячая". Здесь нейтральных молекул прак­тически нет, вещество почти полностью ионизировано.
   Низкотемпературная плазма Т~103К находит примене­ние в газоразрядных источниках света и в газовых лазерax, в термоэлектронных преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических генераторах /МГД--генераторах/, где струя плазмы тормо­зится в канале с поперечным магнитным полем В, что при -- водит к появлению между верхним и нижним электродами электрического поля напряженностью Е порядка Bv/c
   /v -- скорость потока плазмы/; напряжение с электро­дов подается во внешнюю цепь.
  
   Схема МГД -- генератора, преобразующего кинетическую энергию движущейся плазмы в электроэнергию
   R-- внешняя нагрузка генератора ,по которой протекает ток I.
  
  
   Если "обратить" МГД -- генератор, пропуская через плазму в магнитном поле ток, образуется плазменный дви­гатель, весьма перспективный для длительных космических полетов.
   Чтобы плазменный двигатель был не очень сложным и не громоздким, выбираем импульсный режим работы. Дви­гатели следует выполнять из четырех разрядных камер, как бы копируя принцип четырехтактного двигателя внут­реннего сгорания, чтобы создать "гофрированное" маг­нитное поле /напряженность такого магнитного поля в экспериментах Сибирского отделения АН СССР достигает 6400 эрстед/, в котором лучше удерживается плазма. Воздух, находящийся в камерах, под действием разрядного тока /лазерных пушек/, должен нагреваться до температур Т
10 -- 3?103К и переходить в состояние плазмы.
   Это позволяет оценить энергию одного разряда E = V ?Cv (T-T0),
   где: Е -- энергия разряда, дж,
   V объем, см3,
   ? -- плотность воздуха при нормальных условиях,
   Cv -- теплоемкость воздуха при постоянном объеме, Cv -- 8 дж/г град
   Т -- Т0 -- температура нагрева газа, Т0
300 К
   Работа двигателей должна рассчитываться в двух ре­жимах: разряд в камерах попарно /через одну/ и четырехтактным способом, с учетом работы антенн излучате­лей, на стационарной /фиксированной/ и удвоенной час­тотах.
   Способ четырехтактного цикла применен для того, чтобы не допустить перегрева сопел плазменного двигателя и создать нормальный режим работы двигательноэнергетической установки.
   Работа двигателя с разрядом камер попарно, т.е. в уд­военном режиме, дает возможность резко менять орбиты полета, переходя таким образом с одной на другую в расчетное время и в экстренных случаях.
   Часть плазмы, под напором "воздуха"/возможно с при­садкой цезия, кальция, калия... бора и кремния/ и сильного магнитного поля соленоидов, с высокой скоростью про­дувается через канал поперечного сечения, в котором рас -- положены электроды. Эта система и называется магнитогидродинамическим генератором /МГД --генератором/.
   В рабочем канале благодаря плазме поддерживается температура в несколько тысяч градусов. А при такой температуре газ, естественно, сильно ионизируется. Чтобы увеличить ионизацию электропроводящего газа, в него добавляют присадки. Присадки могут добавляться и для обеззараживания места посадки летательного аппарата, чтобы не занести микроорганизмов других звезд на нашу планету и Земных бактерий в другие миры.
   На каждый ион в канале действует отклоняющая сила Лоренца -- Fл=qVB.
   Вследствие разделения ионов возникает электрическое поле, кулоновы силы которого уравновешивают силу Лоренца: qE = qVB .

Отсюда E = u/d = VB

U=d?V?B

   Таким образом, ЭДС МГД--генератора зависит от индукции магнитного поля, скорости потока, ионизации ионов их заряда и массы.
   U -- разность потенциалов между электродами,
   V -- скорость потока ионов,
   В -- индукция магнитного поля,
   d -- расстояние между электродами.
   Как уже известно, на электроны иконы плазменного потока /электрически заряженные частицы/ действуют силы, которые отклоняют их либо к верхнему, либо к нижнему электродам -- появляется электрический ток, который снимается с клемм электродов МГД --генератора...
   Для создания устойчивой плазмы, кроме перечисленных выше факторов -- ионизации и уплотнения окружающей среды вокруг корабля с помощью антенн -- излучателей; создания "гофрированного" магнитного поля плазменного двигателя для поддержания "квазинейтральности" в объеме, занимаемом плазмой; высокой энергии разряда в камере и применения лазерных пушек для ра­зогрева плазмы; ввода присадки в камеру для концентра­ции ионов; высокой скорости потока в МГД--генераторе для создания электрического тока, подобно Солнцу, плазменноэнергетическая двигательная установка должна включать в себя два компонента плазмы -- диамагнитную и магнитную.
   Полное разделение плазмы на диамагнитную и магнит­ную, как и Солнечной, невозможно, потому что этому противостоит перемешивание вещества /напряжение таких магнитных полей на Солнце достигает 1000 --4500 э/, ко­торое, в свою очередь, увеличивает э.д.с. МГД -- генератора.
   Теория магнетизма относит к диамагнетикам тела, ко­торые вытесняют магнитное поле из себя, то есть стараются как бы избавиться от него, в то время как магнетики /пара-- и ферромагнетики/, наоборот, стремятся поглотить магнитное поле и даже усилить его. Поэтому в магнитном поле диамагнетики и ферромагнетики отталкиваются друг от друга.
   В процессе работы системы двигатель -- МГД--гене­ратор, магнитная компонента плазмы выталкивает наружу в первую очередь диамагнитную, как менее энергичную плазму, которая, вступая во взаимодействие с магнитным полем корабля и окружающей средой, создает "импульс­ную" магнитную подушку. Последняя же, ударяясь о геомагнитные силовые линии, как бы амортизирует, и в тоннеле, образованном излучением антенн, с огромной силой толкает корабль вперед. А исследовательским аппаратам "Гриб" магнитная подушка позволяет плавно скользить в геомагнитных силовых линиях на малых скоростях как в океанских глубинах, так и в атмосфере планет, и служить транспортным челноком между космическим кораблем и Землей.

[]

   Такие корабли, создающие вокруг себя уплотненный космический вакуум и тоннель за счет излучающего действия антенн и ферромагнитного покрытия корпуса, должны обладать энергией колоссальной мощности.
   За экспериментальное открытие скоростей, превыша­ющих скорость света в 10 раз /10с/, сделанное в 1971 году в связи с наблюдением квазаров, 21 американский ученый удостоился высшей премии Румфордта /знаменитого фи­зика конца 18 -- начала 19 века/.
   Возможность гиперсветовых скоростей доказал академик АН Белорусской ССР Альберт Иосифович Вейник. Путем глубокого математического анализа он пришел к заключению, что в космическом вакууме возможны скорости, в 7 тысяч раз превышающие скорость света, т.е. 2,1 милли­арда километров в секунду. В своей работе по термодинамике, вышедшей в 1974 году, вслед за выдающимся советским авиаконструктором Робертом Людвиговичем Бартини /Роберт Орос ди Бартини/, Вейник развил учение о шести материальных физических полях, составляющих основу мира. Три из них известны науке, три более тонкие еще не познаны.
   Интересны его работы по массе фотона, попытка создать единую теорию единого физического поля, включая электрическое, гравитационное, ядерное поле, где один из трех векторов компенсирует другой.
   Вейник считает, что космический вакуум -- особая форма существования и движения материи. При этом, чем мень­ше частицы, тем мощнее их связи. Вакуум может, таким образом, родить энергию колоссальной мощи. Если, по Вейнику, существуют скорости в 2,1 миллиарда километ­ров в секунду /в 7000 раз быстрее света/, то до планеты, расположенной от нас в 30 световых лет, можно будет до­лететь за 1,8 земных суток.
   5 июля 1976 года в газете "Правда" астрофизик Иосиф Шкловский и кандидат физико-математических наук Матвеенко опубликовали статью " Взгляд с трех конти­нентов", где признают, что скорость релятивистских час­тиц, выбрасываемых квазарами, достигает 10 скоростей света /10 с/.
   Для двигателей, использующих внешнюю массу как источник электроэнергии и тяги, в космосе традиционные схемы воздухозаборников в виде трубы с раструбом имеют смысл лишь на очень низких орбитах /100 -- 120 км/. На больших высотах эффективность воздухозаборника можно значительно увеличить, если снабдить двигатель источником магнитного поля /соленоидом/.
   Межпланетная среда представляет собой ионизированный газ /плазму/, причем степень ионизации с удалением от Земли растет, и, начиная с высоты 10000 км наступает практически полная ионизация. И так как движение частиц плазмы поперек силовых линий магнитного поля затруднено, и магнитное поле может играть роль воронки, направляющей потоки заряженных частиц в двигатель. В результате эффективная площадь массозаборника при практически достижимых магнитных полях может возрасти в несколько тысяч раз.
   Например, для источника магнитного поля в виде витка с током диаметром 15м и индукцией магнитного поля в центре 10 Тс площадь, с которой будет собираться поток плазмы, составит около 2 кв.км. Двигатель с подобным заборником массы на низких орбитах при скорости истече­ния 100 км/с может создать тягу 2 кгс и потреблять мощ­ность на создание тяги 200 кВт.
   А по предложенной нами схеме двигательноэнергетической установки с соленоидами, излучателями направ­ленного электромагнитного поля и магнитной оболочки корабля, рабочее тело межпланетной /межзвездной/ среды дополнительно ионизируется, уплотняется, с большой пло­щади собирается в ионозаборник и с огромной скоростью устремляется в кольцевое устройство /причем около 30% массы рабочего тела идет на создание электроэнергии и около 70% -- на создание тяги/, что увеличивает в сотни тысяч раз характеристики существующих источников маг­нитного поля.
   Современная теория электромагнетизма допускает су­ществование магнитных монополий и если наши предположения подтвердятся, перед космической техникой от­кроются огромные возможности.
   Внешними ресурсами космических тяговых систем считают инертные массы и энергетические источники, которые не запасают на борту летательного аппарата, но могут использоваться для его движения, для создания тягового усилия.
   Деление внешних ресурсов на массовые и энергети­ческие условно, так как это два эквивалентных понятия: 1кг массы эквивалентен Е=mс2=9?1013кДж энергии в соответствии с известным соотношением специальной тео­рии относительности Е=mс2=9?1013кДж/кг, определя­ющим потенциальную энергию любой массы покоя. Ре­ально любое тело имеет несколько большую энергию, так как в нее входят тепловая энергия, энергия химических связей, магнитная энергия и т.д. В летательных аппаратах, работающих по принципу использования внешних ресурсов, вся необходимая для движения энергии и реактивная масса черпается извне и не сосредоточивается на борту перед стартом.
   Посмотрим, достаточна ли энергия, включенная в земной атмосфере, для преодоления инерционного, гра­витационного и аэродинамического сопротивлений при выведении летательного аппарата в космос?
   Удельная потенциальная энергия Еу.п., сообщаемая 1кг массы, выводимой в космос на бесконечное расстояние от Земли, выражается соотношением /в Дж/кг/
   Еу.п. = - ?Мз/r, т.е. численно равна так называемому гравитационному потенциалу Земли
   ? = 6,67?10-11MЗ (кг ? с2) -- гравитационная постоянная;
   Мз= 5,98 ? 1024 кг - масса Земли;
   r -- начальное расстояние от центра Земли до объекта, т.е. радиус, на котором определяется гравитационный потенциал; для поверхности Земли в средних широтах R3 = 6 371 110 м
   Кроме того, летательный аппарат приобретает кинети­ческую энергию, удельное значение которой равно /в Дж/ кг/

Еу?к= V2/2

   Таким образом, суммарная удельная энергия /без учета затрат на аэродинамическое сопротивление/ равна / в Дж/ кг/

Еу??=-? M3/ч + V2/2

   Равенство потенциальной и кинетической энергии летательного аппарата означает, что он приобрел скорость отрыва v отр., или вторую космическую скорость. Удель­ная энергия аппарата, имеющего вторую космическую скорость, равна /в Дж/кг/

Еу v отр.
? M3/R3
v2 отр.2 = 6,25 107

   Если взять для сравнения близкий по параметрам к предполагаемому исследовательскому аппарату "Гриб" отсек для старта с Луны космического корабля "Апполон", ко­торый имеет вес 5 тонн, высоту 3м, ширину 4,25м, эта взлетная ступень фактически является автономным космическим аппаратом с системами навигации и наведения, энергетической системой, автономной системой жизнеобеспечения. В ней размещаются кабина экипажа объемом 8,5 куб.м, верхний и передний люки для входа и выхода космонавтов и для стыковки с командным отсеком. Кос­монавты располагаются рядом на системе привязных рем­ней. Максимальная тяга двигателя взлетной ступени лунного отсека 1,6т. Диапазон регулировки от 0,6 до 1,8т.
   Луна лишена атмосферы и сила тяжести на ней в 6 раз меньше земной.
   Примерное соотношение параметров исследовательского летательного аппарата "Гриб" -- высота 2,7м, ширима /в основании/ -- 5,5м, объем кабины экипажа 9 куб.м, вес -- 6т. Расчетная тяга двигателей на взлете от 0 до 9т, до момента включения антенн излучателей.
   Космический же корабль будет иметь во много раз боль­шие габаритные размеры, вес и соответствующей мощ­ности двигательноэнергетическую установку.
   Естественно, что летательный аппарат, использующий не бортовые, а только внешние ресурсы массы и энергии, должен быть одноступенчатым и многоразовым, посколь­ку такой аппарат наиболее эффективен как в эксплуата­ционном, так и в экономическом отношении.
   Одноступенчатая ракета /при заданном грузе и суммарном импульсе/ имеет теоретически возможный "по­толок", но ни одна из них не может достигнуть его фак­тически. Если увеличить суммарный импульс, то будет возрастать и стартовая масса. С увеличением суммарного импульса будет расти и скорость, однако скорость эта будет возрастать в арифметической прогрессии, а стартовая масса ракеты -- в геометрической.
   Основной недостаток одноступенчатых ракет состоит в том, что скорость у них сообщается не только полезному грузу, но и всей конструкции, а это приводит к непроизводительной затрате энергии.
   От указанного недостатка /частично свободны многоступенчатые ракеты/ освобождены летательные аппараты, имеющие двигательноэнергетические установки, исполь­зующие внешнюю массу в качестве тяги.
   В своей работе "Исследование мировых пространств реактивными приборами" К.Э.Циолковский впервые на основе своих многолетних теоретических изысканий указал, что ракета может двигаться в среде, где отсутствует со­противление воздуха, с огромной скоростью и преодолевать какие угодно расстояния, лишь бы только получить нужную скорость истечения продуктов сгорания и иметь необходимый запас топлива.
   В соответствии с формулой К.Э.Циолковского

vk = va In (1 + кц)

   конечная скорость -- vk, приобретаемая ступенью ра­кеты в отсутствии гравитационного и аэродинамического сопротивлений, зависит от скорости истечения массы -- va и отношения массы топлива к сухой массе ракеты, ко­торое называют числом Циолковского -- Кц:

Кц = Мт/Мс

   va и Кц -- величины практически независимые.
   В нашем случае число Циолковского Кц отсутствует, так как для двигательноэнергетической установки использу­ется внешняя масса /"воздух"/ как источник электроэнергии и тяги.
   Скорость истечения va определяется средней молекулярной массой продуктов истечения ?, энергоемкостью топлива Е, теплоемкостью Ср и КПД работы двигательной установки ?:

va

   причем для одних и тех же топлив va определяется совершенством установки /ДУ/.
   Двигатели для ракет обычно характеризуются значениями некоторых параметров, что дает возможность про­водить их сравнительную оценку.
   Важнейшие из них:
   -- сила тяги /или просто тяга/, измеряемая в кило­граммах /кГ/или ньютонах /Н/.
   кГ - единица силы, 1кГ = 9,8Н + 0,98 gаН;
   с -- время работы /или продолжительность сгорания топлива/;
   Мт -- масса топлива -- кг, кг -- единица массы;
   md-- полная масса двигателя -- кг;
   Iу -- удельный импульс -- кГ с/кг /gаН с/кг/
   В ракетной технике для характеристики двигателей вместо скорости истечения часто пользуются другим эквивалентным ей понятием -- удельной тягой /удельным импульсом/, которая численно равна скорости истечения, деленной на ускорение своб. падения /9,81 м/с2/,и соот­ветственно измеряется в секундах.

Iу=va с/9,81; Iу=W м/с?/9,81 м/с2

   Удельная тяга соответствует тяге, создаваемой в ре­зультате расхода рабочего тела массой 1кг в 1с.
   Кроме того, существует понятие полного импульса, т.е. -- произведения тяги на время. Если, например, мы распо­лагаем двигателем 9000 кГ, работающим в течение 30с, то простым умножением силы тяги на время можно определить полный импульс 9000?30 = 270 000 = 2,7?105 и скорость истечения 9,81-Iп = 9,81?/2,7 ? 105/ = 1,8?105 летательного аппарата "Гриб" на высоте 30--35м, после чего излучение электромагнитной волны заряженными частицами идет с релятивистскими скоростями и энергией электронов /ионов/ около 30 МэВ.
   Сила аэродинамического сопротивления, возникающая из-за тормозящего влияния атмосферы в 200м/с и силы тяжести Земли -- гравитационные потери скорости около 1300м/с является неизбежным злом только до высоты в 30 -- 35м, т.е. только до включения антенн излучателей.
   Подъемная сила возникает в том случае, когда при полете в атмосфере продольная ось ракеты не совпадает с направлением скорости полета и примерно должна рав­няться нулю.
   В момент старта /сила тяги/ суммарная тяга двигателей несколько превышает вес ракеты и примерно составляет 1,3 -- 1,4, вследствие чего начинается вертикальный подъем. Отношение тяги двигателя /первой ступени/ к начальному стартовому весу ракетного комплекса обычно называют тяговоруженностью.
   9000кГ/6000кГ=1,5
   Все современные космические летательные аппараты снабжаются системами стабилизации и ориентации. Как известно, при движении в космическом пространстве за­данную траекторию сохраняет только центр масс, а сам корабль под действием различных возмущающих моментов вращается в произвольных направлениях. Чтобы корпус корабля был неподвижен относительно своего центра масс, необходимо его стабилизировать в нужном положении. В некоторых случаях возникает необходимость в ориента­ции корабля по отношению к Солнцу, Земле и другим небесным телам. На обитаемых космических летательных аппаратах используются активные методы стабилизации, в которых восстанавливающий момент создается за счет энергии, получаемой при включении реактивных сопел.
   Величина восстанавливающего момента зависит от скорости истечения и расхода /топлива/ рабочего тела, а также от плеча, на котором приложена сила тяги двигателя.
   Применяются и маятниковые стабилизирующие уст­ройства -- типа "маховик стабилизатор", использующие электрическую энергию корабля.
   Для летательного аппарата "Гриб", использующего вер­тикальные, горизонтальные и зигзагообразные движения, воздушные рули как таковые были бы помехой и полетах.
   А для огромных космических кораблей, в 100 -- 300м длиной /и более/ и весом в 300 --500 тонн /и более/,лучшего ста­билизирующего устройства, чем тоннель, образующийся вокруг корабля излучающей способностью антенн, науке еще не известно. Поэтому для управления кораблем до­статочно предложенных систем управления.
   Отражающее же покрытие на отсеке двигательноэнергетической установки нужно для защиты всей этой системы от бомбардировки космической плазмы не попавшей в ионозаборник и от аннигиляции внешней массы вещества при взаимодействии с первичными частицами диамагнитной плазмы, создающими пучок вторичных уско­ренных заряженных частиц /вторичное электромагнитное излучение/.
   В современной астронавигации существует три основных ограничения на полет:
   I. Экономный расход топлива /запас топлива на совершение маневров/ -- это первый критерий.
   И, выражаясь языком баллистиков, удовлетворить первому критерию -- это значит найти энергетически оптимальный переход.
   II. Второй критерий -- это промах, т.е. мера погреш­ности выхода космического аппарата в заданное конечное состояние, является также критерием оптимальности уп­равления движением.
   Навигация связана с определением фактической тра­ектории и прогноза движения космического аппарата, а наведение -- с маневрированием его. Результат решения навигационной задачи -- фактическая траектория -- яв­ляется основой для решения второй задачи -- коррекции или осуществления маневра.
   Баллистики не имеют права на переходных орбитах выйти за пределы заранее ограниченного диапазона высот полета.
   III. Безопасность полета.
   Всем этим критериям отвечают предложенные нами летательные аппараты.
   А от уже известных типов реактивных двигательных систем /РДС/ предложенная нами система отличается следующим:
   1. Автономностью для дальних и длительных полетов;
   2. экономичностью и высоким уровнем унификации;
   3. особой безопасностью в дальних полетах;
   4. отсутствием подвижных систем в ускорителе плазмы;
   5. легкостью и компактностью систем летательных ап­паратов;
   6. предельной простотой конструкции и долговечнос­тью;
   7. резким увеличением тяги двигателя за счет удвоен­ного разряда в камерах, позволяющего скачкообразно из­менять траекторию полета.
   8. достижением гиперсветовых скоростей за счет излу­чающих способностей особой конструкции антенн на оп­ределенных частотах;
   9. высоким КПД двигательной установки / около 70% /;
   10.невысокими денежными затратами;
   11.особым типом ионозаборника внешней массы;
   12.созданием импульсной магнитной подушки, анниги­ляции вещества с образованием вторичного электромаг­нитного излучения и антигравитации;
   13.особой системой защиты летательных аппаратов, со­здающей полную неуязвимость к поражению метеоритами и бомбардировке поверхности корабля частицами космической плазмы, проникающего излучения гамма -- и рентгеновского диапазонов, защитой его от теплового на­грева;
   14.созданием повышенной силы упругости вакуума за летящим кораблем, что приводит к возникновению тяго­вого усилия, дополнительно усиливающего тяговое усилие двигательной установки;
   15.особой конструкцией излучающих антенн, создаю­щих уплотненный вакуум и тоннель, в котором движется космический корабль;
   16.совершенно новой двигательноэнергетической установкой -- для создания тяги и электрической энергии /плазменные двигатели скомпонованы в кольцо с МГД -- генераторами/ летательного аппарата -- с полным исполь­зованием внешней массы /ионизированного воздуха, межзвездной плазмы/ в качестве топлива;
   17.плазменным двигателем, копирующим принцип рядного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с " гофрированным" магнитным полем, позволяющим создать устойчивую плазму и два рабочих цикла;
   18.возможностью добавления присадок в плазму с це­лью увеличения энергоемкости "топлива" и обеззаражи­вания места посадки летательного аппарата;
   19.использованием тоннеля в управлении летательным аппаратом;
   20.созданием двойной системы полета -- тормозного эффекта для медленного взлета и посадки летательного аппарата /с гравитационным, инерционным и аэродина­мическим сопротивлением/ и с отсутствием его;
   21.использованием только одноступенчатых и много­разовых летательных аппаратов как наиболее эффективных в эксплуатационном и экономическом отношениях.
   Топливом для плазменных двигателей служит, практически, окружающая среда. По формуле Лоренца -- массы, заряды и токи взаимодействуют с полями электрическими и гравитационными, а системы корабля создают и удерживают эти поля. Вследствие этого создаются благопри­ятные условия для космонавтов в системе замкнутого жизнеобеспечения с растениями и животными, которые будут чувствовать себя почти как на Земле.
   В нашей стране уже созданы плазменный двигатель, МГД -- генератор, антенны -- излучатели, автоматические устройства, другие системы...,покрытия и сплавы, но все это следует рассчитать, проанализировать, скомпоновать и испытать в единой системе, называемой космический корабль.

[]

  
  

[]

  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"