Lem Andrew: другие произведения.

Геликонная волна в ракетостроении

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:


Геликонная волна в ракетостроении.     

         1.Вступление.
  
   Несколько лет назад, получил известность ученый из России эмигрировавший в США. Его зовут Олег Батищев. Он прославился тем, что предложил общественности уникальный Мини-геликонный двигатель. Относящийся к электрическим ракетным двигателем (ЭРД). Олег Батищев тогда возглавил в Лаборатории космических двигателей (Space Propulsion Laboratory) при факультете аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института (MIT), группу по разработке плазменного ЭРД. Где и занимался доведением до кондиции прототипа двигателя, получившего название "mHT, mini-Helicon Thruster" [15]. А потом вдруг "пропал". Если сам Батищев еще и жив, то его "гелик" похоже лег на полку забытых изобретений. Но идея интересная и поэтому этот двигатель надо "реанимировать" путем доработки. Тому как это можно сделать и посвящена данная статья.
        
             
         2.Ионизация или Геликонный двигатель.
        
       В "гелике" было предложено в качестве рабочего тела использовать ионизированный Азот. Что весьма разумно ведь воздух на 78% состоит из Азота. Это очень доступный и дешёвый газ. Именно азот использовался для получения реактивной тяги в модели двигателя благодаря которой Батищев и получил известность. Ученый собрал опытную модель двигателя "на коленке" практически из мусора.

 []

 [1]

        
    "Мне пришла в голову идея сделать двигатель из подручных средств, чтобы показать, насколько он прост. Я решил использовать в качестве камеры стеклянную бутылку из-под кока-колы, а геликонную антенну вырезать из жестяной банки".

Демонстрация плазменного двигателя из бутылки и банки принесла группе Батищева широкую известность и буквально мировую славу: телеканалы охотно транслировали эффектную запись эксперимента, где за кадром голос одного из студентов зачитывает показания амперметра, в бутылке загорается свечение, и струя плазмы вырывается из отпиленного донышка (разумеется, эксперимент проходит в вакуумной камере).
Чтобы убедиться, что мини-геликон представляет собой не просто источник плазмы, а именно двигатель, исследователи измерили характеристики полученной плазмы [11]. Энергию ионов измеряли двумя методами -- спектрометрическим, за счет измерения доплеровского сдвига спектральной линии, и с помощью энергетического анализатора с замедляющим потенциалом. Скорость ионов составила от 10 до 40 км/с. Причем ее можно варьировать за счет изменения расхода газа и подаваемой мощности, изменяя тем самым удельный импульс. Но самым простым и эффектным способом демонстрации наличия тяги оказалось, по словам Олега, очень простое решение: "Мы просто подвесили наш прототип на двух лесках к потолку вакуумной камеры на магнитах и измерили отклонение трубочки при холодной продувке (подаче газа) и при истечении струи плазмы. Разницу было видно невооруженным глазом!" [10]
   . Вот как описывает работу своего двигателя изобретателя: "Прототип, который в MIT назвали мини-геликонным двигателем (mHT, mini-Helicon Thruster), по своей конструкции очень прост: это кварцевая трубка с навитой обмоткой для создания магнитного поля и антенной для возбуждения геликонной волны. Длинна волны Лямбда = 85,3 нм. Поступающий газ ионизируется высокочастотным радиоизлучением, плазма разогревается, а магнитное поле направляет плазменную струю в нужном направлении. '

 []

 [10]

      Наш двигатель отличается от VASIMR - он одноступенчатый, для нагрева плазмы не нужен циклотронный нагрев ионов, не нужно магнитное сопло, он компактнее, - объясняет Батищев.- При этом в качестве рабочего тела в VASIMR сначала использовали водород, потом перешли на гелий, сейчас используют аргон - более тяжелые газы снижают удельный импульс, зато повышают тягу. А наш двигатель способен работать практически на чем угодно - на азоте и даже на воздухе! Можно непрерывно менять состав рабочего тела, и двигатель будет продолжать работу'. [10] На первый взгляд все хорошо и замечательно. Но только на первый взгляд. Нет предела совершенству.
  
     Диамагнитная пушка Беклемишева.
  
   Уже предлагалось улучшить конструкцию "Геликоновых двигателей". "Плазменный электрореактивный двигатель с винтовым ускорителем по п. 1, отличающийся тем, что кроме электродов в ионизационной камере расположена антенна для создания геликонного или электронно-циклотронного разряда, подключенная к отдельному высокочастотному источнику" питания." [15] Владелец патента RU 2594937: Беклемишев Алексей Дмитриевич (RU).

 []

[15]

      Беклемишев А.Д. предлагает в своем патенте плазму, полученную при помощи геликонного разряда или излучения ускорять за счет диамагнитных свойств ионизированного газа. Для этого труба по которой движется плазма обматывается проводом с различным шагом. Зачем это нужно? Диамагнетик всегда двигаться из более плотного магнитного поля в менее плотную область. А разный шаг намотки вокруг разгонного канала и создаёт магнитного поле разной плотности. Там, где шаг намотки маленький, поле повышенной плотности, а вот где шаг идет на увеличение плотность магнитного поля уменьшается. Это же магнитное поле защищает стенки двигателя от контакта с плазмой. Что существенно понижает нагрев внутренних поверхностей двигателя и как следствие повышает "моторесурс" двигателя. Поэтому имеет смысл воспользоваться этой идеей. И поместить "Гелик" Батищева в "диамагнитную пушку Беклемишева".
  
   Реанимация 'Гелика'
  
      Существенный минус геликонного толкателя, это то, что ионизированный Азот сам по себе если и расширяется при нагреве, то незначительно и это не приводит к значительному ускорению ионизированных молекул Азота. Это обусловлено тем, что выбитые электроны присутствуют прямо в ионизированном газе или плазме. И молекулы потерявшие электроны не могут взаимно отталкиваться под действием электростатических сил отталкивания. Именно электроны мешают этому ре комбинируя с молекулами газа, компенсируя силы отталкивания. Электростатические силы отталкивания не могут возникнуть в газе где количество положительных ионов и отрицательных частиц электрон равно. Как только мы отведем те же электроны Кулоновские силы отталкивания возьмут свое и положительно заряженные ионы Азота ускоряться, газ начнет очень сильно расширяться. Заряженные частицы начнут разгоняться при помощи "электростатического взрыва". В сети можно найти даже интересный расчет для такого эффекта '...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" [4]. Именно кулоновские силы отталкивания могут реанимировать 'mHT'. Далее очень важно дополнительно ускорить азот, являющийся диамагнетиком в магнитном поле. И все-таки отказаться от прямой утилизации выбитых электронов. Электроны перед утилизацией должны выполнять полезную работу. И эти задачи вполне можно решить. За основу можно взять патент RU 2594937: Беклемишев Алексей Дмитриевич (RU) [15]
     
     
      Доработка 'Геликонного двигателя'.
     
      Итак, 'гелик' нужно снабдить системой отвода или утилизации выбитых из азота электронов, а также сделать это без варварского выбрасывания выбитых электронов за борт. При котором электроны не совершают никакой полезной работы. Важно использовать "спиральный магнитный ускоритель". Которые есть по сути катушки Томсона с разным шагом намотки [15]. С задачей ионизации азота и утилизацией выбитых при ионизации электронов можно справится изготовив геликонный толкатель каскадным при этом газ перетекая из одной камеры ионизации в другую будет проходить через металлическую сетку. Которая и будет отбирать выбитые при ионизации электроны,

 []

      Таким образом в камерах ионизации будет наблюдаться дополнительное ускорение газа за счет 'электростатических сил' отталкивания. Газ будет расширяться под действием отталкивающих сил Кулона. В каждой камере ускорение только будет нарастать. Система утилизации электронов это просто сетка, подключенная к электромагнитам с переменным шагом намотки. Электроны проходя через эти сетки будут стремится к инжекторам в сопле. А магнитное поле, создаваемое электромагнитами с разным шагом намотки дополнительно ускоряет газ за счет диамагнитного эффекта. Азот - это диамагнетик, а это значит, что магнитные поля его выталкивают. А также это же магнитное поле будет предохранять стенки камер ионизации от контакта с ионами. Аэроионы (+) если и будут стремиться к стенкам просто будут отклонены магнитными полями за счет силы Лоренца, действующих на подвижные заряды со стороны постоянных магнитных полей. Направив выбитые из газа электроны двигаться к инжектору в сопле через дополнительные катушки с переменным шагом намотки мы заставим электроны проделывать полезную работу перед утилизацией. Основной магнит запитан от внешнего источника питания, не связанного с электромагнитами, входящими в состав "системы утилизации электронов".
     
     
         Литература:
      -- Инженер из России придумал новый плазменный двигатель.
    https://www.youtube.com/watch?v=lkUPt31uJSU&t=76s
      
      4. Левитация над Землей путем электростатики
       http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1446035268/33
           
      10. Космический марш для плазмы и геликона: плазменный двигатель Батищева.
https://www.popmech.ru/technologies/9929-kosmicheskiy-marsh-dlya-plazmy-i-gelikona-plazmennyy-dvigatel-batishcheva
  
   11. КАК РАБОТАЕТ МИНИ-ГЕЛИКОННЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ПОДРОБНЕЕ: 
   http://meganauka.com/technologii/23-kak-rabotaet-mini-gelikonnyj-plazmennyj-dvigatel.html
  
      15.Плазменный электрореактивный двигатель и способ создания реактивной тяги. Беклемишев Алексей Дмитриевич https://findpatent.ru/patent/259/2594937.html
  
     
  

 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com Е.Кариди "Сопровождающий"(Антиутопия) А.Тополян "Механист 2. Темный континент"(Боевик) Л.Лэй "Пустая Земля"(Научная фантастика) М.Юрий "Небесный Трон 2"(Уся (Wuxia)) М.Юрий "Небесный Трон 1"(Уся (Wuxia)) Е.Вострова "Канцелярия счастья: Академия Ненависти и Интриг"(Антиутопия) А.Завгородняя "Самая Младшая Из Принцесс"(Любовное фэнтези) В.Чернованова "Попала! или Жена для тирана"(Любовное фэнтези) А.Завадская "Рейд на Селену"(Киберпанк) К.О'меил "Свалилась, как снег на голову"(Любовное фэнтези)
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"