Нереактивные движители малой тяги

«Испытание в реальных условиях пустого космического пространства действующего макета автономной электромагнитной вакуумной движительной установки, предназначенной  для  космических аппаратов,  с номинальной величиной силы тяги не менее 3*10-5н.»

Общее обоснование

1. Состояние вопроса, новизна и практическая ценность исследований

В ближайшем будущем в соответствии с мнением подавляющего большинства специалистов, работающих в области космической техники, способ перемещения в пустом космическом пространстве, осуществляемый с помощью ракет,   должен быть заменен неракетной технологией  получения движения. Это объясняется  тем, что ракетный способ перемещения крайне низко неэффективен из-за огромного расхода массы «рабочего тела», выбрасываемого ракетным движителем, и связанных с этим громадных энергетических затрат. Причём, от 90 до 98%  энергии сгоревшего топлива уносится струёй раскаленных газов, а оставшаяся доля энергии приходится на кинетическую энергию движения космического аппарата.

Технологии, связанные с электромагнитным ускорением «рабочего тела» ещё более энергетически расточительны. К ним относятся следующие технологии. Технология, использующая электромагнитный нагрев нейтральной плазмы с  последующим истечением через «магнитное» сопло  - двигатель VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket), который  разрабатывается в Джонсоновской лабораторией перспективных космических двигателей (Johnson ' s Advanced Space Propulsion Laboratory). Технология  электродинамического ускорения  ионов вещества -  двигатель (NASA - 457M), работающий  на эффекте Холла (Hall Effect thruster), который разрабатывается группой инженеров из Научно - исследовательского центра НАСА имени Гленна. А  так же общеизвестные:  двигатель на ионной решетке (Gridded Ion Engine) и ускоритель на силе Лоренца (Lorentz Force Accelerator). В этих технологиях, при одном и том же импульсе, хотя и меньшее количество «рабочего тела» разгоняется до большей скорости, но достигается это ценой ещё больших энергетических потерь. Это хорошо видно из сравнения цены тяги двигателя химических ракет равного  3,5квт/н. и суперсовременного Холловского двигателя (NASA - 457M) с ценой тяги более  24 квт/н.

Поэтому считается, что в будущем  ракетный способ перемещения обязательно должен быть заменён на другой, более эффективный, при котором в принципе исключается использование  традиционного «рабочего тела». «Рабочим телом» нового способа должна стать сама космическая среда – физический вакуум.

Общеизвестно, что электромагнитные волны   попадая  на  механические конструкции, выполненные из проводящего материала,   вызывают в них движение электронов – навёдённый электрический ток. Это основа любой радиосвязи. На основании закона Ампера,  взаимодействие наведённого электрического тока с  магнитной  составляющей электромагнитной волны приводит  к возникновению  механических сил, действующих на проводник. Указанные силы очень малы, что объясняется ничтожной величиной индуцированных электротоков, которые  имеют порядок 10-12 – 10-9 а. Существование этих сил  было экспериментально доказано русским учёным П.Н.Лебедевым в 1899г. Именно этим  самым обстоятельством объясняется незначительная величина силы  давления электромагнитной волны на преграду. Только по этому гипотетические фотонные ракеты фантастов от науки не будут востребованы практикой.

Однако, если от специального источника электрического тока по проводнику пропустить переменный электрический ток с частотой и фазой, соответствующей частоте и фазе электромагнитной волны, то на проводник, со стороны электромагнитной волны, будет действовать, в соответствии с законом Ампера, более значительная по величине электродинамическая  сила. Величена этой силы будет  прямо пропорционально зависеть от  величины электрического тока.

Электромагнитные вакуумные движители - это движители, в основание конструкции которых положено указанное выше явление. Именно эти движители заменят традиционные ракетные движители  и им сегодня пока нет альтернативы.

В настоящее время был разработан и изготовлен силовой элемент конструкции электромагнитного вакуумного движителя с номинальным значением тяги в 3*10 –5 н, который, в составе автономной движительной установки, был испытан в наземных условиях, по специально разработанной методике.   Полученные результаты с достоверностью не ниже 95% указывали на наличие внешних сил величиной в 2,7*10 –5 н,  действующих на автономную двигательную установку. Вынос импульса из системы был возможен только за счёт взаимодействия электрических токов проводимости с электромагнитной волной. Иные способы выноса импульса из системы были исключены полностью. К ним относятся все возможные случаи, связанные с движением воздуха; термическое излучение; использование реакции опоры измерительной системы и иное. Взаимодействие конструкции движителя с внешними полями, а именно: магнитным и электрическим полями планеты,  полностью  исключалось, поскольку в силовом элементе конструкции движителя используются переменные токи высокой частоты.  Вынос электрического заряда из конструкции  движителя был конструктивно исключён. Отдельно исследовалось влияние постоянных электрических токов, текущих в электропреобразующих элементах конструкции движителя, на процесс получения и  измерения тяги, при этом было доказано, что такое влияние полностью отсутствует. Следует заметить, что такое давление на преграду оказывает поток электромагнитного излучения мощностью в 9 квт,  тогда как общее энергопотребление установки с автономным источником электропитания  составляло не более 2 вт, что полностью исключало «фотонную» гипотезу происхождения измеряемой силы тяги.

Проведённым экспериментом было доказано существование нового физического явления электродинамического взаимодействия электрических токов проводимости с полем электромагнитной волны. Основной особенностью нового физического явления было то, что электромагнитная волна, в процессе взаимодействия с электротоками проводимости, не изменяла ни одной своей физической характеристики, играя роль как бы только   инициирующего фактора. Указанная особенность позволяла сделать вывод о том, что электромагнитные волны представляют собой волновой процесс в некой сплошной среде, заполняющей собой всю Вселенную. Здесь видится прямая аналогия указанной среды с электромагнитным полем микроволнового фонового излучения Вселенной, открытым в 1965г. американскими астрономами А.Пензиасом и Р. Вильсоном, которое было названо «новым электромагнитным эфиром».

Конструкция электромагнитных вакуумных движителей представляет собой хорошо известную конструкцию линейного электрического двигателя. Здесь статором служит указанная среда -  электромагнитное поле Вселенной, а движущимся  элементом является силовой элемент конструкции электромагнитного вакуумного движителя. Коэффициент полезного действия такой электрической машины теоретически может быть доведён до 70%. Такой движитель, для получения тяги,  не нуждается в традиционном «рабочем теле», которое представляет собой инерционную массу любого вещества.

Предлагаемый проект есть продолжение начатых наземных  исследований. Явление «Электродинамического взаимодействия электрических токов проводимости с полем электромагнитной волны», которое  положено в конструкцию электромагнитных вакуумных движителей малой тяги, было открыто на поверхности Земли при наличии всего набора соответствующих геофизических факторов. Поэтому предполагается выяснить   реальность существования указанного явления в условиях космической пустоты и сопутствующих ей физических факторов, то есть той среды, в которой реально будут работать движители космических аппаратов. Этот вопрос должен быть решён экспериментально. В этом заключается сущность исследуемой проблемы. В эксперименте так же должна быть подтверждена правильность технического решения конструкции движителя.

Указанное обстоятельство будет решено путём сравнения расчётных показателей движения  космического объекта, например: геодезического спутника или спутника связи, на котором будет смонтирован электромагнитный вакуумный движитель, с наблюдаемыми реальными величинами, полученными в ходе космического эксперимента. Схема эксперимента с вращением спутника вокруг своей оси, под действием силы тяги движителя, является наиболее простой в исполнении и не требующей высоких финансовых затрат.

Актуальность работы.

Актуальность работы для космонавтики определяется  тем, что электромагнитный  вакуумный движитель, как движитель, не нуждающийся в «рабочем теле», находится в не конкуренции по отношению к любому ракетному движителю, будь то «химический» или электродинамический движитель, использующий инерционные свойства вещества. К тому же он не представляет собой разновидность фотонного  движителя, являющегося как бы общепризнанным в науке прообразом движителя космических кораблей далёкого будущего. Электромагнитный  вакуумный движитель уже сейчас реально превосходит его по многим параметрам. Действительно, у фотонного движителя максимальное значение величины силы тяги ограничено значением отношения мощности направленного потока излучения  к  величине скорости света. Так, для создания тяги величиной в 10 ньютон, мощность светового потока должна составлять 300 000 000 ватт.  У электромагнитного вакуумного движителя величена силы тяги ничем не ограниченна. Она определяется  векторным произведением двух ортогональных векторов: величиной вектора  напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля волны и  величиной вектора элемента электрического тока проводимости. Поскольку величину силы тока в проводнике можно изменять, то,  при строго определенных её значениях, можно  получать  значения силы тяги значительно, на несколько порядков, превышающие силу тяги идеального фотонного движителя. Реальные стендовые испытания электромагнитных вакуумных  движителей  показали, что значения цены тяги у испытанных конструкций не  превышали величины 25квт/н, тогда как для идеального фотонного движителя это значение равнялось 30 000 квт/н.

Для сравнения укажем на то, что у современных ракетных «химических» движителей цена тяги примерно равна 3,5 квт/н. Это примерно на порядок ниже, чем у электромагнитного вакуумного движителя, однако последний, для получения тяги, не расходует «рабочее тело». В этом его бесспорное превосходство над ракетным «химическим» движителями и двигателем (NASA - 457M), работающем  на эффекте Холла, с ценой тяги более  24 квт/н. Отсутствие «рабочего тела» для получения движения в пустоте позволит в будущем осуществлять полёты как внутри галактики, так и межгалактические путешествия.

2. Цели и задачи проекта, ожидаемые результаты по проекту

Целью настоящего исследования является:

1.Получение экспериментального доказательства реальности существования нового физического явления "Электродинамического взаимодействия электрических токов проводимости с электромагнитной волной" в условиях космического вакуума, которое лежит в основании конструкции движителя.

2. Доказательство работоспособности конструкции движителя в космическом пространстве.

3. Разработка научно-технического задания на  научно-исследовательскую работу  по  исследованию  движителя  с расчётной тягой  до  10-3 н.

4. Разработка научно-технического задания на опытно-конструкторские  работы  по  серийному выпуску движителей с расчётной тягой  до  3*10-5 н, предназначенных для  коррекции  орбит спутников и космических станций.

5. Коммерческой целью проекта является информация мировой научной общественности о рождении нового способа передвижения в космическом пространстве, что, с одной стороны, обеспечит приоритет американской науки в этом вопросе, а, с другой стороны, указанная информация будет являться широкомасштабной рекламой движителя, основы будущих коммерческих сделок на поставки движителя.

В рамках данного проекта предполагается решить следующие задачи:

1. Исследовать различные конструкции движителей с целью выбора наиболее оптимального варианта, отвечающего условиям космического эксперимента.

2. Изготовить действующий макет портативной электромагнитной вакуумной движительной установки для космического эксперимента.

3. Провести испытания макета в наземных условиях и в космосе и составить научно-технический отчет о проделанной работе.

4. Разработать научно-техническое задание на движитель с тягой до 10-3 н.

5. Разработать научно-техническое задание на серийный выпуск движителей малой тяги.

Ожидаемые результаты:

Создание электромагнитных вакуумных движителей малой тяги (до 3*10-5 н.) и испытание их в реальных космических условиях. Способ электродинамического взаимодействия с физическим вакуумом для целей перемещения в пустом космическом пространстве - это реальный, единственно возможный и экономически целесообразный способ перемещения в космосе,позволяющий строить электрические машины движения космических кораблей будущего. Другого способа перемещения в пустом пространстве, сочетающего в себе энергетическую и экономическую целесообразность, наименьшее время космических путешествий, а, следовательно,и человеческий фактор, просто  нет. Ракетная техника исчерпала свои возможности, но задачи стоявшие перед ней она решила: - человек вышел в открытый космос и осознал громадные перспективы освоения Вселенной. Космический эксперимент позволит обратить внимание мировой научной общественности на принципиально новый, реализуемый на практике, способ перемещения в пустом космическом пространстве. Перейти к его плановым систематическим научным и техническим исследованиям, что позволит в кратчайшие сроки вывести Человечество в дальний космос.

Значимость проекта в разрезе фундаментальных исследований.

Наши исследования касаются одной из фундаментальных и до сих пор нерешенных проблем физики и связаны с вопросом о том, что за физические сущности представляют собой электромагнитная волна и космическое пространство, где эта волна может свободно распространяться. Исследования такого рода имеют принципиальное значение для всей физики в целом, поскольку понятие "пустое пространство" или "физический вакуум", из некой "неосязаемой" сущности, которую нельзя ни "потрогать", ни сжать, ни нагреть, ни деформировать и так далее, в случае положительных результатов космического эксперимента, превратиться в категорию конкретного материального тела. Тела, с которым можно физически взаимодействовать и  наделять  его  определёнными  физическими  свойствами, например, - инертной массой, от которой можно оттолкнуться. Действительно, электромагнитная волна является только одной из основных составляющих процесса получения тяги, однако она  не  испытывает  заметных  изменений  своих характеристик в процессе  образования тяги, а эти изменения обязательно должны были бы быть, если бы одним из взаимодействующих тел была бы она. Поскольку изменений характеристик в волне нет, то,  при электродинамическом взаимодействии электрических токов проводимости с электромагнитной волной,  в согласии со вторым законом механики, одним из взаимодействующих тел приходится  считать не волну, а   сам вакуум, как среду образования волн. Другим взаимодействующим телом является проводник  с электрическим током в нём.   Это с одной стороны, а с другой -  обнаруженные  новые  свойства электромагнитных волн надо согласовывать с их уже хорошо известными свойствами, что, с очевидностью, приведёт к смене взглядов на природу волн. Это утверждение подкрепляется ещё и тем фактом, что известные свойства электромагнитных волн не находят однозначного объяснения в рамках какой-либо одной из известных теории – волновой или корпускулярной, а механическое объединение теорий в рамках корпускулярно-волнового дуализма ещё более усложняет проблему. К примеру: - принцип корпускулярно-волнового дуализма хотя и позволяет формально объединить в одну группу несколько противоположных, несовместимых в рамках одной теории (антагонистических),свойств электромагнитных волн, но не объясняет саму эту возможность. Это с одной стороны, а с другой - даже в рамках одного представления, волнового или корпускулярного, так же нет единого взгляда на природу и свойства электромагнитных волн. Так,например: - фотонное представление не описывает свойств радиоволн, частности - более существенное их затухание в космическом пространстве в сравнении с теорией. А волновое - не в  состоянии решить проблему совмещения в одной теории таких хорошо известных опытных фактов, как образование стоячих электромагнитных волн и синфазность векторов электрического и магнитного поля в волне. Да и другие свойства волн до конца ещё не изучены и содержат много тёмных пятен.

Объяснение наземного эксперимента с движительной установкой возможно только на основе представления электромагнитной волны как волнового процесса в среде электромагнитного эфира. Здесь прослеживается прямая аналогия указанной среды с глобальным электромагнитным полем микроволнового фонового излучения Вселенной, названным в современной науке "новым эфиром", который выполняет роль абсолютной системы отсчёта. Такое представление снимает многие проблемы теории электромагнитных волн. На основе именно этого представления только и удается объяснить хорошо известные научные факты: - дипольную анизотропию микроволнового реликтового излучения Вселенной, высокую величину затухания радиоволн в космическом пространстве, величину электродинамических сил взаимодействия токов проводимости с электромагнитной волной,то есть тягу вакуумных движителей и многое другое. Вопрос о корпускулярных свойствах электромагнитных волн также решается в рамках этого представления, для этого достаточно предположить наличие определённой пространственной структуры у поля электромагнитного эфира.

Значимость проекта в разрезе практического использования.

Практическая значимость   данного  проекта  определяется следующим:

1.Положительные результаты космического эксперимента позволят: с одной стороны - перейти к серийному выпуску электромагнитных вакуумных движителей малой тяги для спутников связи и спутников шпионов, а, с другой стороны выйти на мировой рынок с новейшей космической технологией, находящейся в не конкуренции с технологиями других космических держав, производителей космической техники.

2. Космический эксперимент позволит перейти к исследованию и проектированию движителя с тягой в 10-3 н, который может заменить соответствующие электромагнитные ракетные движители, используемые в настоящее время на космических транспортерах,и разрабатываемые для этих целей двигатели Холла, или двигатели типа "Двигателя VASIMR". Указанные транспортёры необходимы для перевода спутников с низких орбит на геостационарные орбиты и для полетов космических станций к планетам Солнечной системы, кометам или астероидам. Тем самым американская наука может захватить лидерство  в этом направлении развития науки и техники.

3. Результаты работы по всему проекту в целом могут лечь в основу новых конструкций движителей, например: - с более высоким КПД, поскольку известно, что расчётное значение КПД электромагнитных вакуумных движителей может быть доведено до 70%.

3. Этапы реализации проекта

(включая время  проведения эксперимента на борту орбитальной космической станции)

1 этап -предполётный:

- исследование явления электродинамического взаимодействия электромагнитной волны с токами проводимости с целью выявления возможных технических факторов, влияющих на величину силы взаимодействия.

- разработка и изготовление испытательного стенда.

- разработка, изготовление и испытание различных конструкций движителей с целью выбора наиболее оптимального варианта для проведения космического эксперимента.

- разработка, изготовление и испытание электрического преобразователя формы, частоты, фазы, амплитуды электрического тока и выбор источника электропитания макета движительной установки,

- разработка, изготовление и испытание системы дистанционного управления макетом движительной установки и системы сбора и передачи телеметрической информации эксперимента,

- согласование реального космического аппарата, на котором будет  проведён космический эксперимент, согласование и утверждение требований совместной работы аппарата и движителя,

- доводка конструкции движительной установки в соответствии с требованиями, предъявляемыми к космическим объектам, участвующим в эксперименте.

2 этап - космический эксперимент и его сопровождение во время полёта.

- испытание движительной установки в космическом пространстве,

- наземная поддержка эксперимента,

- получение телеметрической информации о ходе эксперимента.

3 этап - послеполётный:

- анализ проделанной работы с составлением научно-технического отчета,

- составление рекомендаций по  дальнейшему  развитию  данного направления космической техники,

- составление научно-технического задания на двигательную установку тягой до 10-3 н.

- составление научно-технического задания на серийное производство движителей малой тяги.

Рейтинг@Mail.ru Каталог сайтов OpenLinks.RU Resurs.kz: сайты Казахстана и раскрутка сайта Web100.kz - Производство и сырьё | Нефт Catalog.azion.kz