Lem Andrew: другие произведения.

Ракетоплан это реально?

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс 'Мир боевых искусств.Wuxia' Переводы на Amazon
Конкурсы романов на Author.Today

Конкурс фантрассказа Блэк-Джек-20
Peклaмa
 Ваша оценка:


Ракетоплан это реально?

  
   Вступление.
  
   Часто в научно популярных фильмах, вместо ракет в космос летают при помощи ракетопланов. То есть некие самолеты без проблем стартуют с поверхности планеты и потом выходят на орбиту планеты. И точно также возвращаются на космодромы или просто в атмосферу. В реальности же мы лишь в теории допускаем, что в космос на орбиту можно выйти за счет составных летательных аппаратов. На низкую орбиту при помощи двух спаренных систем "самолет+ крылатая ракета", и на высокую орбиту "самолет-крылатая ракета-ракета". Увы современные ракетопланы составные и не могут совершать прямые полеты в едином корпусе на орбиту. Есть ли возможность исправить это? И как это сделать? Вот об этом и пойдет речь далее.
  
   Реактивный двигатель.
  
   Человечество придумало, лишь один двигатель который способен вывести ракету на орбиту это реактивный двигатель.  Сам по себе реактивный двигатель достаточно компактен, но если он работает на химическом топливе, то надо иметь на борту корабля огромные баки с топливом. И вот необходимость огромного количества топлива для работы реактивных двигателей и делает ракетоплан оснащенный обычный реактивным двигателем на химическом топливе невозможным. Если только вдруг неким чудом скорость истечения реактивной струи не увеличится хотя бы в два три раза, что для химического двигателя реактивного не возможно. По крайней мере никто пока еще не предложил, как это сделать.
  
   Ракетоплан
  
   Скорее всего единственный способ создать ракетоплан на реактивной тяге, это отказаться от запредельных запасов топлива на борту корабля. Тем более, что изначально почти 30 км космическая ракета летит в атмосфере. Было бы отлично оставить на борту летательного аппарата реактивный двигатель, а топливо брать для него прямо за бортом из атмосферы. И реализовать подобную идеи уже пробовали. Это ядерные реактивные установки. В них воздух напрямую прогонялся через рабочую зону ядерного реактора, разогреваясь и ускоряясь. Или же тепло при помощи теплоносителя отводилось из рабочей зоны реактора, и передавалось опять же воздуху. Но радиация, температура. Как оказалась это смертельная морковка, которую лучше не трогать. Казалось бы тупик но нет. Атмосфера состоит на 78% из Азота, а азот отлично ионизируется. А значит вполне можно на базе некоего варианта ионного электроракетного двигателя создать и ракетоплан.

 []

   Вот так выглядит принципиальная схема такого ракетоплана. Мы имеем заборник Азота из атмосферы. Далее двигатель в котором Азот используеться как рабочее тело. И важный элемент это Баки для Азота который размещены в крыльях и эти баки будут источником рабочего тела для двигателя в безвоздушном пространстве. По сути мы отказываемся от первой разгонной ступени. Так как ее роль будет выполнять аэроинный электроракетный двигатель[6], берущий рабочее тело для первичного ускорения прямо из атмосферы. Источник электричества мы просто подразумеваем, что он есть. Естественно такого ионного двигателя способного работать в плотных слоях атмосферы еще нет. И вот как может быть устроен этот гипотетический двигатель речь пойдет далее.  
  
   Ионизация.
  
   Предварительно рассмотрим такое явление как ионизация, воздух на 78% состоит из Азота. А азот прекрасно можно использовать для получения реактивной тяги это успешно доказал, изобретатель из США, который даже построил опытную модель такого двигателя.

 [] [1]

  
   Длинна волны ионизации азота: Лямда = 85,3 нм. [1] А это ультрафиолетовый спектр.

 [][4]

   А точнее согласно стандарту ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) подтип:"ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ"[5]
  

 []
[5]

  
   И используя излучение этого спектра изобретатель ионизировал азот, получив толкающую силу [1] Правда его двигатель рассчитан для работы в вакууме. Но нет никаких физических законов которые запрещают ионизировать и азот полученный из воздуха, и более того использовать этот принцип получения реактивной толкающей силы в атмосфере.
  
  О классических ионных двигателях.
  
   Если мы рассмотрим ставшие классическими схемы ионных двигателей, то аэроионы ускоряются в них при помощи электродвижущей силы. Это направление если мы хотим его использовать в атмосфере является тупиковым. Слишком низкое давление надо поддерживать в этих двигателях для того, чтобы получить ускорение заряженных частиц. Также если применять этот двигатель в атмосфере мы сталкнемся с таким явлением как отсутсвие разгона частица. В вакууме частицы вылетают из сопла и устремляются к аноду или катоду, который находится на некотором расстоянии от сопла. Но если на пути аэроинов встанет воздух то, весь заряд стечет в атмосферу и все ускоряющее действие электродвижущей силы сойдет на нет. Но это не единственный способ ускорить заряженные частицы. Заряженные частицы можно разгонать и при помощи "электростатического взрыва". К примеру, если взять заряд около 50 Кл. Это не столь уж огромный заряд" "... это чудовищный заряд, который разрушит средних размеров город. если собрать его в теннисном шарике, то его энергия составит 1250 Терра джоулей. 300 килотонн в тротиловом эквиваленте" [7].Этм выкладки дают представление о том, каким потенциалом обладают электростатические силы отталкивания и до каких скоростей они могут разогнать заряженные частицы при условии очищения ионизированного азота от свободных электронов, выбитых из газа, при помощи излучения. Надо всего лишь ионизировать газ и отвести выбитые свободные электроны. Например в атмосферу. Даже если аэроины на выходе и будут контактировать с воздухом, на скорость истечения из сопла это не повлияете так как аэроины ускорились в недрах двигателя. Без участия электродвижущей силы. Таким образом имея чистый азот в неограниченных количествах можно создать аппарат способный летать в атмосфере без гигантских запасов горючего топлива.
  
   Воздух в магнитном поле.
  
   Содержание кислорода, азота и благородных газов в составе воздуха повсюду одинаково: азот -- 78,2% по объему, кислород -- 20,9% по объему, благородные газы -- 0,9% по объему [2]
Итак нам надо быстро выделять азот из воздуха ионизировать его и получать толкающую силу. Для этого нужен очень быстрый делитель воздуха на кислород и азот. И такой делитель уже предлагался [3].В прямоточном делители, кислород будет выбрасываться за борт за ненадобностью, а азот будет поступать в камеры ионизации. Изучив состав воздуха легко обнаружить, что это смесь из газов с совершенно разными магнитными свойствам. Азот (78,2%)-- это диамагнетик, при чем очень даже сильный, и он выталкивается из сильного магнитного поля, а вот кислород (20,9%)-- это парамагнетик, и кислород будучи парамагнетиком втягиваеться в магнитное поле.   Вот эти разные магнитные свойства и позволяют разделить воздух на азот и кислород при чем быстро [3]. Если к примеру, поместить магнит в некий замкнутый сосуд с воздухом, то Азот постепенно будет выдавлен на периферию сосуда или поля, как диамагнетик. А кислород наоборот переместится в те области сосуда где магнитное поле будет наиболее плотным. Азот стремится туда где поле менее плотное. А кислород туда где более плотное. Вблизи магнита, помещенного в сосуд будет преимущественно кислород, а Азот будет находится вблизи стенок сосуда выдавленный магнитным полем.
  
   Генератор Азота.
  
   А теперь представь, что мы имеем длинный магнит. И помещен этот магнит в центр некой полой трубы с отверстиями так, чтобы между трубой и магнитом было пространство. И магнит, и труба находятся в еще одной трубе, но уже с глухими стенками. Далее труба с отверстиями вставлена в выпускной коллектор, это крест из полых трубок, то есть труба с магнитом, вставленная в этот крест из трубок напоминает елку, вставленную в подставку, сбитую крестообразно из двух досок. Трубки этого коллектора выступают за пределы глухого сосуда в котором находится и магнит, и трубка с магнитом и отверстиями.

 []

  
   Итак, компрессор захватывает воздух из атмосферы, подаеют в охдадитель и далее в делитель. Где двигаясь в магнитном поле. Азот как диамагнетики постепенно выдавливается к стенкам внешней большой трубы, а кислород будучи парамагнетиком через отверстия во внутренней трубке втягивается к в полость между магнитом и этой внутренней трубы с отверстиями. По сути эта трубка с трубчатым крестообразным выпускным коллектором на конце и магнитом в центре внутренней полости трубки, притягивает из полости внутри внешней трубы кислород и далее через крестовидный коллектор выбрасывает этот кислород наружу в атмосферу. Азот же остается во внешней целой трубе и поступает прямо в камеру ионизации и расширения. Но тут, важно то, что возле крестовины из трубок на дырчатую трубку одет электромагнит. Он окончательно запирает мощным электромагнитным полем поступления даже остаточного азота в крестовину коллектор. Азот же диамагнетик, и он просто не в состоянии преодолеть это дополнительное постоянное электромагнитное поле. И остается во внешней трубе, кислород же будучи парамагнетиком, струится по трубе сквозь трубку на которую одет электромагнит во вне. При этом ракетоплан, может и стоять на месте и с помощью компрессора или некой турбины нагнетать в этот "прямоточный делитель" воздух. Для лучшей работы данного делителя атмосферный воздух стоит предварительно охлаждать, так как при нагреве парамагнитные свойства кислорода исчезают [3].
  
  Принцип работы аэродвигателя.
  
   Представьте себе, что молекулы азота N2 медленно прокачивают через некую трубу. Идет продувка этой трубы. Но труба не простая, а поделена на "камера ионизации и расширения", куда подается излучение (Длинна волны ионизации азота: ? = 85,3 нм),это ультрафиолетовое излучение выбивает из молекул N2 свободные электроны и некий аналог системы заземления, отводит выбитые электроны из зоны ионизации. Эта система отвода и утилизации свободных электронов, может быть похожа, например, на лейденскую банку.

 []

    При этом часть молекул N2 становятся аэроионами происходит частичная ионизация азота. Условно в первой камере ионизации, ионизация или количество свободных аэроионов одного знака становится 10 % во второй камере количество аэроионов увеличивается до 20% и в третьей камере ионизации количество аэроионов становится 30 %.
      При этом аэроионы N2 будучи одного знака начинают очень сильно отталкиваться, под действием электростатический сил Кулона. . И в каждой камере происходит увеличение этого отталкивания, а значит растет давление в полости камеры ионизации. В каждой камере ионизации по сути происходит "электростатический взрыв" аэроионы ускоряются и создают реактивную тягу или силу F которая и толкает двигатель, а в мести с ним и весь аппарат. При этом на выходе из сопла мы получаем холодную плазму, которая взаимодействуя с "системой утилизации электронов" опять превращается в обычный газообразный азот. Понятно, что % взяты чисто гипотетические главное нам добиться скорости истечения аэроионов не менее 8000-9000 м.с. Что бы скорость истечения была больше скорости истечения газов у химических реактивных двигателей хотя бы в 2 два раза. Понятно, что и преимущество в 2 раза для электростатического "выхлопа" не предел.
  
   Камера ионизации и расширения.
  
      Ионизатор или камера ионизации представляют из себя трубку-зеркало. Изготовлены камеры ионизации из проводящего алюминия, между собой камеры разделены диэлектриком и сверху покрыты диэлектрическим материалом, что бы персонал находящийся вблизи не получал удары током. Свободные электроны в этом случае будут дополнительно отводится и через само алюминиевое зеркало через систему утилизации выбитых электронов. Алюминий рекомендуется использовать в силу того, что он наиболее лучше из всех материалов отражает ультрафиолетовые лучи [8]. Но возможно камеру ионизации можно и изготовить из диэлектрического материала, все же подвид УФ который наиболее хорошо ионизирует углекислый газ еще называют вакуумным [8] так как он очень сильно поглощается газами и вполне может быть, что до стенок уже ничего долетать не будет. Все будет поглощено газом в трубке. Далее по кругу в трубки-зеркала вставлены ультрафиолетовые лазеры или источники накачки ультрафиолетовым излучением. Источники УФ лучей или ультрафиолета. А именно ультрафиолетовые лазеры. Чем больше их будет тем лучше. Они должны излучать электромагнитную волну способную ионизировать Азот. Длинна волны ионизации азота: Лямда = 85,3 нм.

 []

    Итак, в колбу подается азот N2, он облучается ионизируется и далее в следующую камеру ионизации от проходит через сетку из металла и теряет на сетке из метала свободные электроны, "выбитые" предварительно излучением. При потере или отводе свободных электронов, в камере ионизации образуется большое количество аэроионов одного знака, которые начинают испытывать взаимное отталкивание благодаря отталкивающим силам Кулона, и при этом ускоряться как и любой другой газ при расширении.
     
   Об отводе электронов
  
   В данной схеме ионизации азота излучением система отвода электронов схематически показана знаком 'заземляющий контур' или 'заземление'. Это будет работать, если, например, система будет стоять на Земле, на железнодорожной платформе и тогда выбитые из азота свободные электроны легко будут уходить через заземленные рельсы в землю, и вся платформа будет толкаться реактивной тягой, возникающей при расширении ионизированного азота. Но в космосе нет заземляющего контура, нет планеты под 'колесами', которая поглотит любое количество свободных электронов, поэтому нужна некая система отвода свободных электронов из ионизирующих камер, без привязки к привычному заземляющему контуру. Для этого из камеры ионизации в сопло подведены выводы к "антеннам" по центру сопел, на некотором расстоянии. Когда ионизированный газ вылетает из сопел он захватывает часть электронов с поверхности выводов "антенн". Таким образом, освобождая ионизированный газ от избытка электронов. [6].
  
   Эпилог.
  
   Вот где-то так и должен быть устроен ракетоплан. Брать для разгона в атмосфере азот. А при выходе за пределы стратосферы уже использовать азот, запасенный ранее в дополнительных баках. Увы полностью отказаться от рабочего вещества для реактивного движения вряд ли возможно. Но отказаться от первой разгонной ступени, вполне. Далее после того, как ракетоплан выйдет на орбиту. Он сможет вновь войти в атмосферу набрать азота из атмосферы и повторно выйти в космос. И делать так столько сколько понадобится при условии наличия мощного источника электрического тока. А таким мощным источником электрического тока вполне могут стать изотопные батареи. Которые хорошо себя зарекомендовали в дальних космических миссиях. Все же они безопаснее ядерного реактора на борту ракетоплана.
  
   Литература.
  
   1.Инженер из России придумал новый плазменный двигатель. https://www.youtube.com/watch?v=lkUPt31uJSU&t=76s
   2,Glinka N.L. Obshchaya khimiya. 30 izd., ispr. -- M.: Akademiya, 2003. -- 728 s.
   3.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С.Ю. Бузоверов
https://cyberleninka.ru/article/n/ustroystvo-dlya-vydeleniya-kisloroda-iz-atmosfernogo-vozduha/viewer
   4.Электромагнитное излучение.Материал из Википедии - свободной энциклопедии. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
   5.Ультрафиолетовое излучение. Материал из Википедии - свободной энциклопедии https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
   6.Аэроинный Электроракетный двигатель http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/aaaplasma.shtml
  7. Левитация над Землей путем электростатики http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1446035268/33
  8. ЛУЧ СМЕРТИ своими руками. Фокусируем жесткий ультрафиолет в одной точке.https://youtu.be/Wvp6YVoWyD0

 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com М.Атаманов "Искажающие реальность-6"(ЛитРПГ) М.Юрий "Небесный Трон 5"(Уся (Wuxia)) Л.Вериор "Другая"(Любовное фэнтези) К.Юраш "Процент человечности"(Антиутопия) О.Островская "Владычица Эббона"(Боевое фэнтези) А.Вильде "Эрион"(Постапокалипсис) А.Куст "Поварёшка"(Боевик) М.Юрий "Небесный Трон 3"(Уся (Wuxia)) С.Панченко "Ветер: Начало Времен"(Постапокалипсис) Е.Кариди "Сопровождающий"(Антиутопия)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
А.Гулевич "К бою!" С.Бакшеев "Вокалистка" Н.Сайбер "И полвека в придачу"

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