Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое фотонные ракетные двигатели

Фотонная ракета

Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело далёкого будущего.

Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.

Тем не менее надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции [1] . В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома со временем жизни порядка 10 −27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10 −17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до

1,5×10 −4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.

Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов,

1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а

1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких. [ источник не указан 3985 дней ] .

При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 % [2] , эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×10 6 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя. [3]

Технические проблемы [ | ]

В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя очень далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:

  1. Проблема получения большого количества антивещества.
  2. Проблема его хранения.
  3. Проблема полного использования при «сжигании» — чтобы аннигиляция происходила полностью, и в основном с выделением именно фотонов.
  4. Проблема создания «зеркала», способного очень хорошо отражать гамма-излучение и другие продукты аннигиляции.

Вывод

Обозначим через четыре импульса ракеты в состоянии покоя , как ракета после этого сожгла свое топливо , как и четыре-импульс излучаемых фотонов как . Сохранение четырехимпульса подразумевает: п я < displaystyle P _ < text >> п ж < displaystyle P _ < text >> п ph < displaystyle P _ < text >>

п ph знак равно п я — п ж < displaystyle P _ < text > = P _ < text > — P _ < text >>

возведение обеих сторон в квадрат (т.е. взятие внутреннего произведения Лоренца обеих сторон с собой) дает:

п ph 2 знак равно п я 2 + п ж 2 — 2 п я ⋅ п ж . < displaystyle P _ < text > ^ <2>= P _ < text > ^ <2>+ P _ < text > ^ <2>-2P _ < text > cdot P _ < text >.>

Согласно соотношению энергия-импульс , квадрат четырех импульсов равен квадрату массы, потому что фотоны имеют нулевую массу. E 2 — ( п c ) 2 знак равно ( м c 2 ) 2 < Displaystyle E ^ <2>— (ПК) ^ <2>= (MC ^ <2>) ^ <2>> п ph 2 знак равно 0 < Displaystyle P _ < текст > ^ <2>= 0>

Когда мы начинаем в системе покоя (т. Е. В системе координат с нулевым импульсом) ракеты, начальный четырехимпульс ракеты равен:

п я знак равно ( м я c 2 c 0 0 0 ) , < displaystyle

_ < text > = < begin < frac <_ < text > c ^ <2>> > \ 0 0 \ 0 end >,>

в то время как последний четырехкратный импульс:

Читать еще:  Что такое разгонный двигатель

п ж знак равно ( γ м ж c γ м ж v ж 0 0 ) . < displaystyle

_ < text > = < begin < gamma> _ < text > c \ < gamma> _ < текст > _ < text > \ 0 \ 0 end >.>

Следовательно, взяв скалярное произведение Минковского (см. Четырехвектор ), мы получаем:

0 знак равно м я 2 + м ж 2 — 2 м я м ж γ . < displaystyle 0 = m _ < text > ^ <2>+ m _ < text > ^ <2>-2m _ < text > m _ < text > gamma. >

Теперь мы можем найти гамма-фактор, получив:

γ знак равно 1 2 ( м я м ж + м ж м я ) . < displaystyle gamma = < frac <1><2>> left (< frac >> >>> + < frac >> >>> right).>

В России создали квантовый ракетный двигатель?

В новой Стратегии национальной безопасности, озвученной 17 января 2019 года в Пентагоне, Дональд Трамп прямо заявил: космос является новой областью боевых действий. «Звездные войны» выходят на новый уровень. Готова ли к ним Россия? Мы обсудили эту проблему с советником РКК «Энергия», министром общего машиностроения СССР (1983–1991), Героем Социалистического Труда Олегом Баклановым, доктором технических наук, профессором Георгием Костиным, заслуженным испытателем космической техники РКК «Энергия» Александром Кубасовым, руководителем компании «Квантон» Владимиром Леоновым и ее техническим директором Сергеем Алтуниным, академиком РАН Дмитрием Стребковым, начальником вооружения Министерства обороны РФ (1994–2000) генерал-полковником Анатолием Ситновым и членом экспертного совета думского Комитета по обороне генерал-лейтенантом Михаилом Саутиным.

– Олег Дмитриевич, вы руководили космической отраслью страны, когда президент США Рональд Рейган начал развертывать программу СОИ, опираясь на многоразовые «Шаттлы». После распада СССР она была закрыта. Теперь, получается, ее реанимируют?

Олег Бакланов: Не совсем так. За минувшие 30 лет накоплены принципиально новые знания, касающиеся разработки космических систем. Фундаментальная наука проникла в природу гравитации и антигравитации, квантованную структуру пространства. Это позволяет создавать нереактивные, не требующие химического топлива двигатели для космоса. Над ними усиленно работают в НАСА, Китае и России.

Для специалиста ясно: когда Трамп говорит о небаллистических ракетах, имеются в виду в первую очередь нереактивные квантовые двигатели (КвД). Дело в том, что традиционный ЖРД на химическом топливе достиг своего технического потолка и его удельная сила тяги не превышает 0,7 ньютона на киловатт мощности (0,7 Н/кВт). Это ограничивает возможности ракетоносителя на ЖРД – он позволяет вывести на орбиту полезный груз не более трех – пяти процентов от стартовой массы. В этом случае ни о каких дополнительных маневрах на орбите не может идти речи. А для «звездных войн» требуются универсальные космические аппараты, способные активно маневрировать как в атмосфере, так и на орбите. Для этого нужны двигатели на новых физических принципах (варп-двигатели). И у НАСА, думаю, есть реальные результаты. Кстати, этому отчасти способствовали и наши достижения в области квантовых двигателей, работа которых основана на фундаментальной теории суперобъединения Леонова.

– Вы были председателем комиссии по испытанию квантового двигателя компании «Квантон». Протокол испытаний опубликован. Какие параметры зафиксированы и что они показали?

– Год назад я стал инициатором создания данной комиссии, понимая важность таких двигателей для космоса. Нас интересовала удельная сила тяги, развиваемая опытным образцом КвД, и мы ее достоверно определили – 115 Н/кВт. Это в 165 раз выше, чем у лучших образцов ЖРД. Получается, что квантовый двигатель как минимум в сто раз экономичнее. Это революционное достижение в космическом двигателестроении, когда новые фундаментальные знания позволяют сделать резкий скачок в технических параметрах.

– Почему революционное достижение не внедряется?

Георгий Костин: Мне как бывшему директору Воронежского механического завода (ВМЗ), производящего ракетные двигатели, понятно, что в перспективе квантовый двигатель придет на смену ЖРД. Он более экономичен, питается электрической энергией, не требует химического топлива, а значит, не дает выбросов вредных продуктов сгорания топлива, бесполезно греющих атмосферу и космос. Но есть проблема чисто производственная. Его конструкция существенно отличается от ЖРД, производимых на ВМЗ. Чтобы войти с КвД в производство ВМЗ, мною было предложено вначале создать гибридный двигатель КвД + ЖРД и тем самым снизить стартовую массу ракетоносителя хотя бы в три – пять раз. Электрическую энергию для питания КвД предлагается получать от генератора, установленного на одном валу с насосным агрегатом ЖРД. Все расчеты и эскизная проработка гибрида имеются. Но добро мы пока не получили.

– Это недальновидность Роскосмоса?

– У Роскосмоса масса проблем. Сверстаны программы на десятилетие вперед. Руководитель уже отчитался, что научно-производственное объединение «Энергомаш» закончило сборку жидкостного двигателя РД-171МВ с тягой 800 тонн. А теперь мы предлагаем делать по сути новый агрегат, состоящий из двух двигателей: квантового и ЖРД. Он не вписан ни в какие планы. Поэтому сейчас мы находимся на стадии убеждения руководства Роскосмоса, что эту работу надо начинать и чем раньше, тем лучше.

Читать еще:  Что такое разрядный двигатель

Повторю, ЖРД имеет удельную силу тяги не более 0,7 Н/кВт. Единственным способом снижения расхода топлива может стать только гибрид. Хотя мощный квантовый двигатель еще надо довести до промышленного образца. В этом, видимо, вся причина. Что касается ВМЗ, то возможности завода достаточны, чтобы эту работу выполнить.

– А как в самом Роскосмосе относятся к квантовому двигателю?

Александр Кубасов: Я был руководителем испытаний квантового двигателя компании «Квантон». Мы подтвердили заявленные ранее характеристики КвД о его высокой экономичности. Судите сами: специалисты космической отрасли десятилетиями бьются над улучшением характеристик ЖРД на несколько процентов, а тут – в сто раз. Сам в это не верил, пока лично не провел измерения удельной силы тяги КвД.

“ Владимир Семенович Леонов сегодня выглядит, как в свое время Дизель перед каретных дел мастерами, которых он убеждал, что повозка может двигаться и без лошади ”

В Роскосмосе и подчиненных ему подразделениях работают сотни тысяч человек, и вдруг небольшой коллектив из брянской глубинки, не имея государственного финансирования, выдает такие параметры. Кстати, многим это не по нраву – задета профессиональная гордость плюс традиционный консерватизм. А главное – никто не понимает, за счет чего создается тяга у КвД. Ведь нас учили, что такого в принципе быть не может, а реактивный способ – единственно возможный для движения в космосе. Мы не изучали теорию суперобъединения в вузе, ее тогда просто не было. Тут же речь о нереактивном способе создания силы тяги, антигравитации, квантовой гравитации, о которых мы ничего не знаем. Образно говоря, представляя свои разработки нам на экспертную оценку, Владимир Семенович Леонов сегодня выглядит, как в свое время смотрелся Дизель перед каретных дел мастерами, которых он убеждал, что повозка может двигаться и без лошади. А в ответ слышал: а где оглобли, хомут, вожжи.

– Каков принцип работы квантового двигателя?

Владимир Леонов: прежде всего отмечу, что компания «Квантон» свою миссию выполнила: создана фундаментальная теория суперобъединения, на базе которой основан принцип работы квантового двигателя. Успешные испытания КвД подтвердили правомерность нашей теории, которая обосновывает новые физические принципы. Работа КвД проста и основана на создании силы тяги за счет градиента пространственной энергии. Нами установлено, что по космическому пространству «разлита» колоссальная энергия в виде глобального электромагнитного поля с очень мелкой дискретностью (квантованностью), о котором ранее ничего не было известно. Это глобальное поле открыто мной в 1996 году как пятая фундаментальная сила (суперсила) в виде сверхсильного электромагнитного взаимодействия (СЭВ). Его носителем является квант пространства-времени (квантон), размеры которого на десять порядков меньше атомного ядра, но он концентрирует энергию, намного превышающую ядерную.

Квантовый двигатель отталкивается от глобального поля СЭВ за счет деформации в нужном направлении (искривления по Эйнштейну) квантованного пространства-времени, создавая искусственною силу тяготения (тяги). Массовому читателю, может, не все понятно, но это принципиально новые фундаментальные знания.

– За фундаментальные исследования отвечает Российская академия наук. Почему молчит РАН?

Дмитрий Стребков: я участвовал в заседании рабочей группы Комитета по обороне ГД и поддержал все разработки ГК «Квантон». Давно знаю Владимира Леонова и всегда его поддерживал в работе над теорией суперобъединения, разработке КвД. Как, впрочем, и наш учитель – генеральный конструктор НПО «Квант», член-корреспондент РАН Николай Лидоренко. Леонов замахнулся на фундаментальные основы физики, а академическая наука в своей основе консервативна. К тому же не только в РАН, но и в мире нет других специалистов по теории суперобъединения. А это совершенно новое знание в современной физике. Но главное подтверждение работоспособности этой теории – сам квантовый двигатель, конкретный образец. Это лучше, чем заключения десятков академиков. В Китае испытали квантовый микроволновый двигатель на орбите. На сайте РАН доктор физико-математических наук, профессор Георгий Малинецкий от имени академии сделал заявление: «Невозможный двигатель» из КНР не противоречит законам физики и может работать без топлива». Но китайский двигатель имеет тягу несколько ньютонов, а у Леонова – несколько тысяч ньютонов. Полагаю, что протокол испытаний квантового двигателя должен быть в срочном порядке рассмотрен в отделении энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН.

– Не упустим ли мы время? И как смотрят на это открытие военные?

Анатолий Ситнов: Моя позиция однозначна. Только фундаментальные знания дают толчок к созданию перспективных систем вооружения, основанных на новых физических принципах. Вскрыв тайны ядра, мы смогли создать атомную бомбу, мощный ядерный щит страны. И сейчас нам повезло, что теория суперобъединения создана в России. Впервые наша наука проникла в тайны всемирного тяготения, объяснив квантовую природу гравитации. Эти новые фундаментальные знания положены в основу работы антигравитационного двигателя и квантовых генераторов гравитационных волн – гразеров. Мы, военные, прекрасно понимаем значение для обороны новых космических технологий. Поэтому вопрос должен решаться на государственном уровне, а не одной компанией «Квантон». Дальнейшую работу над двигателем необходимо включить в государственные программы, определить головную организацию, например РКК «Энергия», головные КБ и завод (Воронеж). Без этого вопрос с мертвой точки не сдвинется.

Читать еще:  Что означает стучит двигатель

Михаил Саутин: Мы провели слушания по этому вопросу в рабочей группе Комитета по обороне. По инициативе первого заместителя председателя Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, ныне заместителя гендиректора Роскосмоса Ивана Харченко было разработано техническое задание (ТЗ) на демонстрационный образец квантового двигателя. ТЗ утвердил генеральный конструктор средств выведения космических аппаратов на орбиту с соответствующей наземной инфраструктурой Александр Медведев и согласовал директор НИИ космических систем (НИИКС) Михаил Макаров.

В связи с реорганизацией Роскосмоса финансирование работ было отложено. Но уже сейчас Дмитрий Рогозин дал указание начать разработку квантового двигателя. Как видим, с некоторым запозданием вопрос все же начинает решаться на государственном уровне. Вместе с тем мы постоянно сталкиваемся с отечественной бюрократией на уровне среднего звена управления, которая не понимает всей ответственности стоящих задач. Мол, раз «Квантон» – частная компания, пусть сама и решает проблемы. Если бы в США так относились к Илону Маску, никакого прорыва не было бы. А компания «Квантон», не имея государственной поддержки, создала то, что американцам не под силу.

– Насколько могу судить, в «Квантоне» работа над двигателем идет с 2002 года. Каковы в целом перспективы?

Сергей Алтунин: У нас нет таких возможностей, как у Воронежского механического завода, но мы готовы совместно работать над созданием мощного гибридного двигателя. Сами пока сосредоточились на разработке КвД малой мощности для обеспечения маневренности спутников на орбите, а также прорабатываем конструкцию двигателя для аэрокосмического беспилотника. Однако беспокоиться есть о чем. Некоторое время назад российские средства слежения АСПОС ОКП Астрономического научного центра (АНЦ) заметили отделение двух аппаратов от крупного спутника США. Один из них совершил уже более четырехсот маневров. Можно предположить, что американцы испытывают на орбите маневровые убийц спутников (Killer Satellites). Об этой опасности мы предупреждали. Если такие технологии будут реализованы, велик соблазн вывести из строя российские военные спутники и ослепить наши космические системы перед нанесением превентивного ядерного удара.

– Что же делать дальше?

Олег Бакланов: Для начала надо срочно собрать совещание у руководителя Роскосмоса и наметь программу действий.

Кроме того, мной направлены соответствующие письма на имя президента Владимира Путина, в правительство. Речь – о становлении новой отрасли космического двигателестроения. Во времена СССР по этому вопросу уже срочно было бы принято решение ЦК и соответствующее постановление правительства.

Фотонный двигатель в реальности [ править ]

Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (Солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.

Фотонный двигатель на магнитных монополях [ править ]

Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель ‘т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона [4] [5] на позитрон и π 0 -мезон:

π 0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.

В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.

Фотонный двигатель в реальности

Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector