Lem Andrew. Орбитальный дирижабль

СЛОВО О НЕБЕСНЫХ КОРАБЛЯХ. Глава 3. Двигатели взаимодействующие с внешним магнитным полем.

3.16. Орбитальный дирижабль.

Вступление.

Давно известно, и даже стало избитым штампом, мнение о том, что выйти в космос нужно разогнать объект до второй космической скорости [v2]. V2 - (параболическая скорость, скорость убегания) -- достигнув ее летательный аппарат способен преодолеть гравитационное притяжение небесного тела и уйти на бесконечность [1]. Или же просто выйти на околоземную орбиту достигнув хотя бы первой (V1), а потом и второй космической скорости. Так ли это? Возможно ли движение к орбите или по орбите Земли, например с дозвуковыми скоростями? В этой статье как раз и пойдет об устройстве способном гипотетически реализовать эту идею на практике.

Опора.
Предполагаю и даже уверен, что выход в космос без достижение космических скоростей это возможно и любой физик подтвердит это. Но лишь при одном условии! И это условие "ОПОРА". Летательный аппарат должен на что-то опереться. Так самолеты опираются на воздух, а вот за пределами атмосферы опоры для крылатых машин нет. Чем же можно заменить "воздух"?
Как оказывается, некая опора есть и за пределами атмосферы. И природа ее использует в частности для защиты всего живого на Земле от солнечного ветра. И эта "опора" естественное магнитное поле Земли.

0x01 graphic

Обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром [2] Так на заряженные частицы солнечного ветра, вторгающиеся в магнитное поле Земли, начинает действовать выталкивающая их из магнитного поля Земли Сила Лоренца и частицы при своем движении как бы огибают магнитное поле Земли. Для этих частиц магнитное поле становится как бы опорой.

Электрические "крылья".

Итак, если например крылья самолетов превратить в носители заряженных частиц. И снабдить их ракетными двигателями даже относительно маломощными. Самолеты смогут летать и за пределами земной атмосферы, опорой для них будет магнитное поле Земли. Да при этом летательные аппараты должны будут двигаться строго перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля Земли. В силу того, что сила Лоренца возникает только тогда, когда заряженные частицы двигаются перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля [3]. Этот летательный аппарат логичней называть уже магнитоплан, а не самолет. Зная размеры магнитосферы Земли, легко подсчитать на какую максимальную высоту сможет подняться данный летательный аппарат. Так магнитосфера Земли имеет сложную форму. Со стороны, обращенной к Солнцу, расстояние до её границы варьируется в зависимости от интенсивности солнечного ветра и составляет около 70000 км (10-12 радиусов Земли Re, где Re = 6371 км, (расстояние считается от центра Земли). Граница магнитосферы, или магнитопауза, со стороны Солнца по форме напоминает снаряд и по приблизительным оценкам находится на расстоянии около 15 Re. С ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается длинным цилиндрическим хвостом (магнитный хвост), радиус которого составляет около 20-25 Re. Хвост вытягивается на значительное расстояние -- намного большее, чем 200 Re, и где он заканчивается -- неизвестно [2]. То есть минимальная высота полета для магнитоплана будет составлять около 7000 км. А это уже фактически глубокий космос. При этом благодаря наличию "опоры" нужда в "ракетных" скоростях должна отпасть.

Теория создания "тяги".
Давайте теперь вспомним, что такое "Сила Лоренца"? Эта сила, которая действует на электрический заряд, двигающийся во внешнем магнитном поле.

0x01 graphic

Рис.2

Сила, действующая на частицы, определяется по формуле: FL = q [V x B], в системе СІ - в теслах (Тл) [3].

Где:

FL- сила Лоренца

q-- заряд частицы;
v-- скорость частицы;
B-- магнитная индукция поля.

Как видно из формулы для получения наибольшей силы, мы должны максимально увеличивать заряд q и его скорость V. [3] Тогда как магнитная индукция поля B нам не подвластна, ввиду того, что задана изначально природой, а именно Солнцем и Землей, естественными источниками магнитного поля. Можно сравнить с формулами из Википендии.

Итак, изменяя скорость движения магнитоплана, относительно магнитного поля Земли и величину заряда, несомого летательным аппаратом. Можно будет заставить магнитоплан, перемещаться в пространстве, за пределами атмосферы, опираясь лишь на магнитное поле Земли. Судя по формуле, чем больше будет заряд несомый летательным аппаратом, тем меньше может быть его скорость.

Также надо отметить, что для создания тяги нам необходимо, что бы с внешним магнитным полем взаимодействовал только один тип заряда, в противном случае силы действующий на позитивный и негативный заряды при ускорении будут скомпенсированы. И суммарная силы будет равно нулю.

Конструкция магнитоплана.

Носитель заряда. Итак, вначале нам нужен некий носитель зарядов или же экран, который позволит сделать так, что только один из типов зарядов будет взаимодействовать с внешним магнитным полем. За его основу можно взять обычный "магнитный экран" [4]

. 0x01 graphic

Принцип его работы предельно прост. Обратите внимание, силовые линии магнитного поля именно огибают полусферу из ферромагнетика. Причем в ее толщине. Этот эффект огибания можно объяснить следующим образом. Так допустимо сравнить магнитные силовые линии магнитного поля с электрическим током или некими струями в пространстве. И эти магнитным силовым линии или струи текут по минимальному пути сопротивления, как ток. Образно говоря, у вакуума проницаемость 1, у железа 4000, поэтому если линия вошла в железо, то ей уже невыгодно выходить из него в воздух, чтобы войти в противоположную стенку - она выйдет из другой крайней точки, пройдя по стенкам благодаря разнице в 4000 раз между железом и воздухом [5].
То есть если изготовить "плоский" конденсатор из платин в форме двойной полусферы. Силовые линии всегда будут течь только в нижней "пластине", верхняя же будет экранирована.

0x01 graphic

А при движении данного конденсатора перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, будет и вовсе наблюдаться вытеснение внешнего магнитного поля из тела "полусферы", вихревыми магнитными полями,возникающими вокруг зарядов

0x01 graphic

Таким образом, внешнее магнитное поле, благодаря "искривлению" магнитного поля, обусловленного формой внешней обкладки конденсатора (полусфера), всегда будет взаимодействовать только с одним из типов зарядов, находящихся во внешней оболочке.

О подъемной силе. Вытеснение внешнего магнитного поля из внешней оболочки конденсатора, обусловлено механическим взаимодействием внешнего магнитного поля, и вихревых магнитных полей, возникающих вокруг двигающихся зарядов.

Так возникает подъемная сила во внешнем магнитном поле.

О выборе заряда. Также следует пояснить, почему на внешней обкладке должен быть только положительный заряд, а не отрицательный.Смотрим "закон электромагнитной индукции: "Если в плоскости, перпендикулярной магнитному полю H, двигать со скоростью V проводник длиной l так, что он будет пересекать линии магнитного поля, то упомянутому выше закону э-м индукции на концах этого проводника будет возникать разность потенциалов U=-dф/dt/c=-H*V*l*cos ( V < l) / c". [Сивухин. "Общий курс физики. Том третий. Электричество"]. Обратите внимание, что напряжение в результате которого возникает разность потенциалов возникает само по себе. Закон природы такой [6].

В металле положительный заряд это протоны жестко "вставленные" в структуру положительно заряженных ионов. А отрицательный заряд это свободные электроны постоянно пребывающее в неком хаотическом или броуновском движении, способных перемещаться по всему объему проводника.[7]

[7]

Так вот, если между двумя концами металлического проводника коим и являеться внешняя полусфера приложить напряжение U, то один ее конец зарядится положительно, а другой - отрицательно. Но только при условии, что в проводнике есть как отрицательные так и положительный заряды.

Тогда мы будем иметь два одинаковых заряда на разных концах полусферы-проводника, при чем положительно заряженные ионы будут равномерно распределены по всему телу проводника. И лишь положительно заряженный "полюс" проводника будет свободен от отрицательного заряда или свободных электронов.

Это будут два разнознаковых заряда, которые движутся с одинаковой скоростью в одинаковом магнитном поле. Поэтому на эти два заряда или на весь проводник в целом, будут действовать силы направленные в противоложные стороны"[6]. Эти силы будут компенсировать друг друга и суммарно общая подъемная сила будет равна нулю.

Конечно можно утверждать, что все равно отрицательных зарядов будет больше ведь это же не просто проводник, а обкладка конденсатора, а значити и силы будут вовсе не равными, и большая вероятность того, что это так и есть. Но все же для перестраховки, во внешней полусфере должны остаться только протоны жестко "встроенные" в ионны кристаллической решетки металла, и поэтому неподвижные даже если на них и действует напряжение U возникающее при движении данной полусферы-проводника в магнитном поле. Внешняя "оболочка" полусферы-конденсатора должна быть полностью лишена свободных электронов, что бы исключить предполагаемую "поляризацию" зарядов.

Реактивный Дирижабль. Далее этот агрегат нужно просто доставить в разреженные слои атмосферы и проще всего это сделать это при помощи Гелия. Вернее, гондолы-полусферы заполенной Гелием.

0x01 graphic

Это аппарат легче воздуха, фактически реактивный дирижабль. Его главное отличие от обычного дирижабля это наличие в его конструкции "экрана-конденсатора" (3) для получения подъемной силы во внешнем магнитном поле, за пределами стратосферы.

0x01 graphic

Наличие гондолы заполненной Гелием позволяет данному "диражаблю-магнитолету" стартовать и приземляться в любой точке Земли

. 0x01 graphic

Минимальная привязка к космодромам и аэропортам, из-за необходимости дозаправки топливом, и по причине технического обслуживания, делает этот аппарат уникальным транспортным средством для доставки грузов и людей в космос.

Принцип работы.

При "всплытии" сферы или летательного аппарата легче воздуха, в верхние слои атмосферы пилот ориентирует "дирижабль-магнитоплан" перпендикулярно силовым линиям магнитного поля Земли. Далее включает реактивный двигатель и благодаря Силе Лоренца действующей на аппарат при движении в магнитном поле, магнитоплан сначала покидает верхние разряженные слои атмосферы, и "всплывает" на поверхность магнитного поля Земли. Фактически выходит в открытый космос. Главное что бы аппарат все время при движении двигался перпендикулярно силовым линиям магнитного поля Земли. Высота подъема как уже писалось выше, может составлять минимум 7000 км. А скорость будет далеко не ракетной, фактически благодаря опоре на магнитное поле Земли, возникает возможность выхода на околоземную орбиту и выше без перегрузок. Что весьма перспективно для гражданской авиации, так благодаря выходу в открытый космос возникнет возможность доставлять грузы и пассажиры, на фантастические расстояния за относительно короткие сроки.

В космос на самолете-дирижабле "Aeroscraft"?

Производственная компания Aeros опубликовала данные, согласно которым самолет-дирижабль, носящий название Aeroscraft, прошел все необходимые испытания. Проект этого гибридного летательного аппарата финансируется Министерством обороны США, которое возлагает на новое детище серьезные надежды. Сообщается, что Aeroscraft может совершить самую настоящую революцию в области полетов на дальние и сверхдальние расстояния [10].

Но при небольшой доработке эта система вполне может выходить и в открытый космос совершая из одного полушария в другое за пределами атмосфера.

Для этого данный самолет дирижабль следует оснастить "электростатическим" или же по другому "магнитным" крылом, описанным в данной статье. И тогда этот аппарат сможет во время своего полета опираться, как на воздух так и на магнитное поле Земли за пределами атмосферы, совершая перелет между полушариями Земли в космическом пространстве. Высота полета, будет зависеть от скорости движения в магнитном поле и от величины заряда накопленного в "электростатическом" или же "магнитном крыле. Смотрите раздел: Теория создания "тяги".

Альтернатива реактивным двигателям.

Можно отказаться от реактивных двигателей. Так идея достичь орбиты при помощи обычного пусть и очень большого аэростата зародилась в голове калифорнийца Джона Пауэлла, подробно изложившего свой план на состоявшейся в апреле в Финиксе конференции 'Доступ в космос':

"На третьем и последнем этапе будет построен дирижабль Orbital Ascender длиной 6 тысяч футов (1,8 километра), которому предстоит преодолеть расстояние от 'Станций темного неба' до нижней границы космического пространства, разогнаться и выйти здесь на околоземную орбиту.

На этой высоте воздуха уже практически нет, и корабль Orbital Ascender, вместо применяющихся на первых двух этапах моторов с пропеллерами, придется оснастить так называемыми ионными реактивными двигателями с непрерывной тягой, успешно испытанными на космическом аппарате НАСА Deep Space 1 и лунном зонде SMART 1 Европейского космического агентства. Основываясь на компьютерном моделировании с различными конфигурациями дирижаблей, Пауэлл утверждает, что ионные двигатели могут вывести мега-дирижабль на орбиту за три - девять дней [8]

Обрати внимание "ионные двигатели" очень маломощные. А значит их можно заметь на маломощные двигатели по типу "магнитный винт". В том числе если идет речь и о гибриде "вакуумолет-магнитоплан-самолет".

см. "дисковый лоренцолет"[9] Это двигатель для получения толкающей силы во внешнем магнитном поле Земли. Знай крути себе заряженные диски и получай тягу не меньше, а еще и больше чем у ионных двигателей и без дополнительного запаса топлива.

Так, что если снабдить мега-дирижабль Джона Пауэлла "магнитным крылом" описанным в данной статье и "магнитным винтом" [9] или любым другим типом магнитного винта для получения тяги в магнитном поле Земли [6]. То получится весьма эффективное и интересное транспортное средство для доставки человека и грузов в космос. Особенно если опять же избавится от гелия на его борту заменив его на Вакуум или центробежные "Вакуум-генераторы"[12].

Естественно, что "магнитные двигатели" [6] [9], требуют электроэнергии, поэтому сфера их применение получение "тяги" в первую очередь в магнитном поле Солнца, в межпланетном пространстве, где Солнечной энергии с избытком. Поэтому все же идея использования их вместо реактивных или ракетных двигателей на предложенном аппарате сомнительна.

Эпилог.

Только тут надо понимать. Что скорости ввиду опоры на магнитное поле будут далеко у дирижабля-магнитоплана-самолета не космические и невесомость на борту аппарата наступать не будет. Что позволит любому человеку без особой подготовки совершать полеты в космос. Реально земное притяжение исчезает лишь на высоте 3000 км.

Отдельно за рамки данной статьи выношу идею использовать "магнитное крыло" в магнитном поле Солнца. Использование данного крыла также возможно позволит перемещать грузы и людей по орбитам вокруг Солнца не достигая космических скоростей. И на людей и грузы на борту будет действовать сила притяжения Солнца. То есть невесомость на борту данного аппарата тоже наступать не будет. Что позволит путешествовать к другим планетам даже самым обычным людям без особого вреда здоровью, которое приносит длительное пребывание в невесомости. И вот на этих уже межпланетных аппаратах возможно и пригодятся "магнитные двигатели" или же "магнитные винты"[6] [9].С помощью которых можно получать однонаправленную толкающую силу, например в магнитном поле Солнца. Также нужно уточнить, что у этого концепта есть один существенный недостаток сохранить герметичность гондолы в условиях космоса достаточно трудно. Гондолу-крыло может просто разорвать, поэтому данный проект космического челнока возможно стоит доработать. С "новым" доработанным концептом Вы можете ознакомиться в статье "Электростат на Аэороионах"[14].

Литература.

1. Космическая скорость.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

2. Магнитосфера.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0

3. Сила Лоренца. http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D1%96%D1%82%D0%BD%D0%B0_%D1%96%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D1%96%D1%8F

4. Физическая энциклопедия. МАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/2064.html

5. О магнитолете Евстратова.

http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/alg.shtml

6. О магнитолете Филимоненко.

http://samlib.ru/editors/l/lemeshko_a_w/all.shtml

7. SA. Ток в металлах

http://www.physbook.ru/index.php/SA._%D0%A2%D0%BE%D0%BA_%D0%B2_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D1%85

8. В космос на... дирижабле.Наука и жизнь ?26 (426). Юрий Колесников

http://russian-bazaar.com/ru/content/5434.htm#sthash.LChFo789.k7CnDGi7.dpuf

9. Дисковый Лоренцолет.

http://samlib.ru/editors/l/lemeshko_a_w/a11.shtml

10. Самолет-дирижабль от американской компании успешно прошел первые испытания. http://oko-planet.su/science/scienceday/163431-samolet-dirizhabl-ot-amerikanskoy-kompanii-uspeshno-proshel-pervye-ispytaniya.html

11. Алюминиевый жесткий дирижабль-самолет Aeroscraft совершит первый испытательный полет http://www.dailytechinfo.org/space/5176-alyuminievyy-zhestkiy-dirizhabl-samolet-aeroscraft-sovershat-pervyy-ispytatelnyy-polet.html

12. В космос на Вакуумолете.

http://samlib.ru/editors/l/lemeshko_a_w/azp.shtml

13. Клипер (космический корабль).Материал из Википедии - свободной энциклопедииhttps://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D1%80_%28%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8C%29

14. Дирижабль Николы Тесла.

http://samlib.ru/editors/l/lemeshko_a_w/aau.shtml

Комментарии: 7, последний от 29/12/2019. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 22/07/2013, изменен: 07/05/2020. 27k. Статистика. Статья: Изобретательство Летательные машины Иллюстрации/приложения: 18 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Lem Andrew: другие произведения.

Орбитальный дирижабль