|
Мои исследования и исследования некоторых других российских ученых помогли раскрыть тайны природного электричества и тайны природных явлений. Теперь стало ясно, что в околопланетном космосе и на самой планете миллионы лет уже четко работают сверхмощные природные электрические генераторы и двигатели. Природное электричество поступает к планете исходно от Солнца через геомагнитные полярные каспы (зоны схождения магнитных силовых линий над магнитными полюсами планеты, примерно с высот 30-40 км над планетой), путем захвата природной плазмы геомагнитными силовыми линиями и далее накапливается в ионосферы планеты и ее радиационных поясах.
Благодаря наличию потока солнечного ветра, взаимодействующего с магнитосферой планеты, вокруг нее непрерывно работает околопланетный магнитогазодинамический генератор. Причем, это генератор с огромной, трудно постижимой для понимания по человеческим меркам мощности. Этот генератор порождает мощные электрические токи во всех токопроводящих сферах вокруг Земли и внутри нее. Эти токи взаимодействуют с геомагнитным полем и порождают электромеханические усилия вращения самой планеты, и ее подвижных сред. Например, океанические течения, движения расплавленной магмы внутри Земли и прочее.
Поэтому наша планета - это не просто огромный электрически заряженный космический шар и огромный магнит, но и супермощный экологически совершенный природный электромеханический преобразователь (мотор-генератор) солнечной энергии. Все процессы, происходящие на планете и вокруг нее - от полярных сияний, до ее вращения, времен года и непрерывного кругооборота всех природных явлений, - это по сути непрерывные и циклические процессы преобразования солнечной энергии в электромеханические и тепловые виды энергии природных явлений. Впервые я написал об этом механизме нашей планеты еще в 1984 г. [1]. Физические основы бестопливной космонавтики изложены впервые мною в [2].
Физические основы, методология и предпосылки создания бестопливной космической энергетики и космонавтики
Так давайте учиться у Природы планеты грамотно получать и преобразовывать электроэнергию. Я предлагаю новую чистую безотходную энергетику. Иначе говоря, предлагаю решать энергетическую и экологическую проблему цивилизации путем разумного технического использования мизерной части энергии природного электричества и геомагнетизма, т.е. научиться подключать наши нагрузки к этим природным генераторам. О том, как это лучше и проще сделать я и рассуждаю в этой статье. Техническая реализация нетрадиционных преобразователей такой дармовой электроэнергии околоземного космоса на борту орбитальных аппаратов вполне возможна уже в ближайшие годы, и это не утопия, а вполне близкая реальность. Такие новая космонавтика и новая космическая энергетика впервые были предложены в России. Сущность данного нового научно-технического направления состоит в разработке и исследовании новых способов и устройств использовании возобновляемой энергии околоземного космоса (природной плазмы ионосферы, электрического и магнитного полей планеты) для получения тяги и электроэнергии на борту бестопливных орбитальных космических аппаратов. Основные научно-технические изыскания по этому направлению космонавтики уже сделаны мною. В этой статье на данную тему показана техническая возможность и перспективность использования возобновляемой энергии околоземного пространства для создания в 21 веке перспективной бестопливной орбитальной космонавтики.
Параметры энергии и методология использования природного электричества
Конкретные данные о природном электричестве (концентрации и интенсивности природной плазмы, величинах напряженностей электрического и магнитного полей в околоземной магнитосфере планеты, в зависимости ее параметров от времени года, суток и т.д.) можно найти в отечественных и зарубежных справочниках [3], [4] и др. Не хватало только панорамного видения сущности этого механизма. Теперь это новое понимание процессов функционирования природного электричества возникло. Поэтому пора "запрягать" природную плазму в работу. До сих пор природную околоземную плазму пока не использовали в орбитальной бестопливной космонавтике, а, напротив, предохраняли космические аппараты от нее. Парадокс развития орбитальной космонавтики состоит в том, что до сих пор природная околоземная плазма являлась помехой для орбитальной космонавтики. Наиболее эффективно, на наш взгляд, - именно полезное использование природной околоземной плазмы в качестве рабочего тела в электрореактивных космических движителях. Это особенно перспективно достигается в околоземной ионосфере и в радиационных поясах планеты, например, ближайшие максимумы концентраций электронов на высотах 300-1000 км. Перспективность использования природной околопланетной плазмы в космических двигателях малой тяги и в иных космических электротехнологиях экологически безвредно по следующим причинам:
запасы энергии природной плазмы и ее концентрация в околоземном пространстве настолько велики, что использование даже одной тысячной доли процента этой мощности покроет энергетические потребности человечества на ближайшее тысячелетие (10 Дж/год), в то время как плазменная оболочка планеты устойчива даже при ее 10% возмущениях, происходящих во время магнитных "бурь", обусловленных солнечными вспышками (см. [3] с.367); природная околоземная плазма непрерывно пополняется заряженными космическими частицами, преимущественно солнечным ветром, захваченными магнитной "ловушкой" Земли, в основном через приполярные каспы - щели, и затем разгоняется до скоростей м/с природными космическими ускорителями.
Рассмотрим более подробно основные устройства бестопливной энергетики будущего, которые могут применяться для полезного использования возобновляемой энергии околоземного космоса.
Тросовая орбитальная электромеханическая система
По сути - это помещенная в ионосферу планеты и ориентированно по радиусу к Земле, развернутая на орбите простая система, содержащая концентраторы природной плазмы в виде ажурных надувных электропроводящих сфер (6), (7) и электропроводящий трос (4) с электрической нагрузкой (5), (генераторный режим) или с внешним бортовым источником электроэнергии (солнечной батареей (1)).
Сущность и принцип работы такой тросовой энергетической системы основаны на эффектах генерации природного электричества и на законах электротехники - по сути, на законе Ома. Известно, что в околоземном пространстве от солнечной плазмы непрерывно работает ионосферный плазменный магнитогазодинамический генератор, работа которого основана на эффекте Холла силового взаимодействия солнечной плазмы, обтекающей магнитосферу планеты с геомагнитным полем. В результате происходит разделение разноименно заряженных частиц во всех околопланетных сферах, и возникают огромные природные конденсаторы. Именно этот механизм создает естественную огромную разность электрических потенциалов над планетой. Это напряжение огромно и составляет до 300-500 киловольт на высотах 50-100 км относительно поверхности планеты. Электрическая напряженность природного электричества с высотой падает, но еще весьма заметна в ионосфере планеты. Поэтому электропроводящий внутри и электроизолированный снаружи трос, растянутый за орбитальным спутником ориентируют (центрируют) преимущественно по радиусу к планете и выделяют на его концах как раз эту уже существующую разность электрических потенциалов в околоземной ионосферной, например, для получения электроэнергии.
а) генераторный режим работы тросовой системы
Получение электроэнергии в тросе становится возможным при подключении электрической нагрузки (5) в разрыв этого электроизолированного снаружи троса (4). Электрический ток частиц природной плазмы протекает как в туннеле по этой цепи через концентрирующие плазму зарядосборные электроды (6), (7) и через сам трос (4) с нагрузкой (5). Благодаря выделению на нем разности электрических потенциалов этого природного околоземного электричества, высокой электропроводности троса и благодаря достаточно высокой электропроводности ионосферной плазмы. По сути, тросовая система (рис.1) является концентратором и "туннелем" для прохождения через него природной плазмы. Главное для получения полезного максимального эффекта - это согласование сопротивления плазмы и сопротивления троса.
б) двигательный режим работы тросовой системы
В случае подключения вместо нагрузки источника электроэнергии от солнечной батареи появляется возможность изменения направления и силы тока через трос (4). Как известно из электромеханики, сила Ампера возникает при протекании тока через проводник, помещенный в постоянное магнитном поле. При этом проводник с электрическим током начинает двигаться в магнитном поле так, чтобы занять положение параллельно силовым линиям магнитного поля. Поэтому этот трос можно использовать как источник электромеханической силы. Это бывает нужным в космонавтике при необходимости маневра и поддержания орбиты спутника. Весьма перспективно использовать такой трос, прикрепленный жестко к космическому аппарату, для получения электромеханической тяги орбитального спутника. Для этого необходим бортовой бестопливный источник электроэнергии, который присоединяют в разрыв этого троса. Например, если присоединить в разрыв троса потенциалы от солнечной батареи, то получают электромеханическую силу тяги на борту орбитального спутника от этого троса (Сила Ампера). Это вполне возможно в ионосфере планеты благодаря существованию в ней огромных запасов природной ионосферной плазмы и наличию в ней разности электрических потенциалов.
Расчеты и эксперименты тросовой системы
Проведенные расчеты тросовой орбитальной энергетической системы при длинах троса от десятков метров до длины порядка 2-4 км, а также опыты на действующих макетах подтверждают возможность получения электромеханической силы (тяги) данного троса от взаимодействия данного проводника с током с геомагнитным полем Земли, достаточным для компенсации силы трения и даже существенного ускорения орбитального бестопливного аппарата на высотах от 200 до 3000 км В генераторном режиме работы такая тросовая система может обеспечить получение электроэнергии на борту ИЗС (искусственного спутника Земли) до 30-50 квт при длине троса несколько километров в теневой части на высотах орбиты примерно 300-500 км. Особое преимущество тросовой системы - это относительная простота и дешевизна такого нетрадиционного орбитального тросового двигатель-генератора. В исходном состоянии трос и надувные электроды компактно свернуты и размещены в капсуле орбитального космического спутника. Развертывание троса на орбите весьма просто и удобно в случае наличия на борту спутника устройства его развертывания (типа безынерционной катушки спиннинга), надувных конструкций зарядосборных электродов и с применением для троса материалов с механической памятью.
Полый магнитогазодинамический преобразователь энергии природной околопланетной плазмы
Настоящие способ и устройство бестопливной космонавтики основаны на использовании природной околоземной плазмы в качестве рабочего тела в полых магнитогазодинамических преобразователях энергии. Давно известны способы использования искусственной плазмы в орбитальной космонавтике для получения малой реактивной тяги путем создания на борту и ускорения искусственной плазмы, приготовляемой из первичного сырья, топлива (аналоги, например, в [5]), однако на борту спутника запас топлива ограничен. В нашем случае использования ионосферной плазмы такой двигатель-генератор будет работать сколь угодно долго. Магнитогазодинамический преобразователь энергии возобновляемой природной плазмы ионосферы планеты упрощенно показан на рис.2.
Основные элементы этой нетрадиционной энергетической системы - солнечная батарея (1), полая камера, на ее входе размещены постоянные магниты (5) по одной плоскости камеры и зарядосборные пластины (6), (7) в квадратуре с силовыми магнитными линиями, а также клеммы для присоединения электрической нагрузки (4); концентратор природной плазмы - соленоид (3); система ориентации полой камеры вдоль геомагнитных линий (не показана), и сама околопланетная плазма (8). Устройство работает следующим образом:
а) генераторный режим
Вначале полую камеру этого нетрадиционного преобразователя природной энергии плазмы размещают в ионосфере планеты и ориентируют вдоль силовых геомагнитных линий. Постоянные магниты (5), размещенные на входе полой камеры, сортируют частички плазмы по знаку, а именно, отклоняют разноименные электрические заряды из потока природной плазмы (8), которые осаждаются затем на противоположные зарядосборные пластины (6), (7). К ним через клеммы (4) и присоединяют электрическую нагрузку (не показана).
В результате, на пластинах (6), (7) накапливается природное электричество и между ними образуется разность потенциалов. При подключении этих пластин (6), (7) через клеммы (4) к электрической нагрузке возникает непрерывный ток рекомбинации данных зарядов. В результате получаем эффективный новый бестопливный бортовой тип источника энергии. Концентрацию природной плазмы (8) в полой камере обеспечивают бортовым электромагнитом (3). Данный источник (рис.2) особенно полезен для получения электроэнергии в теневой части орбит спутников Земли.
б) двигательный режим работы устройства
В этом варианте использования устройства к клеммам (4) присоединяют электрические потенциалы от независимого источника, например, от солнечной батареи (1). При прохождении электрического тока между пластинами (6), (7) и силовыми магнитными линиями от магнитов (5) через поток природной плазмы, внутри полой камеры возникает сила Лоренца-Ампера. Сила Лоренца-Ампера обеспечивает ускорение плазмы в полой камере с той силой и в том направлении, которые зависят от направления и величины тока. В результате и полая камера получает требуемый импульс тяги. Величина этого импульса тяги переменна в зависимости от величины тока, магнитного поля и параметров природной плазмы.
Практическое применение
Применение данной системы в космонавтике позволит в перспективе решить и энергетическую и экологическую проблемы и тем более ускорит создание мобильного бестопливного орбитального космического транспорта.
Данная полая МГД-система исследовалась на действующих физических и математических моделях ее реальной работы на разных высотах в ионосфере околоземного космоса. Расчеты концентрации и интенсивности ионосферной природной плазмы и параметров такого компактного бортового МГД-преобразователя и лабораторные эксперименты на действующих макетах показывают работоспособность такого устройства и возможность компенсации силы трения орбитального аппарата за счет использования ионосферной природной плазмы в широком диапазоне высот орбитальных космических аппаратов (от 200 км над планетой до его геостационарной орбиты - 36000 км над планетой). В генераторном режиме возможно получение на борту бестопливного спутника электроэнергии от нескольких ватт до многих десятков и сотен киловатт, в зависимости от конструктивных параметров устройства и наличия концентраторов природной плазмы.
Бортовой соленоид в магнитосфере Земли
Предложен оригинальный способ и устройство бестопливного поддержания и изменения траектории движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) на околополярных околоземных орбитах путем силового взаимодействия бортового электромагнита с геомагнитным полем (рис. 3). В состав устройства входит непосредственно бортовой электромагнит, бестопливный источник электроэнергии, например, бортовая солнечная батарея и переключатель-регулятор электрического тока через обмотки этого электромагнита. Для эффективного управления траекторией движения такого спутника необходима также система ориентации спутника в геомагнитном поле Земли. Суть эффективного силового взаимодействия бортового орбитального электромагнита и магнитных полюсов планеты кроется в неоднородности геомагнитного поля по широте и долготе вокруг планеты. Сущность этого изобретения состоит в создании циклического силового электромагнитного взаимодействия данного ИСЗ с геомагнитным полем Земли путем циклического переключении полярности и изменения величины электрического тока в обмотках бортового электромагнита, запитанного от солнечной бортовой фотобатареи.
Достоинство данного устройства состоит в создании по сути нового космического бестопливного околополярного движителя, в котором для создания импульса тяги орбитального спутника используется возобновляемая энергия Солнца и электромагнитная энергия геомагнитного поля планеты, достаточного для компенсации трения ИСЗ на данной орбите и длительного удержания такого ИСЗ на полярной и близкой к ней орбитах. Устройство может быть также использовано и для бестопливного маневра ИСЗ на полярных орбитах (как вокруг нашей планеты, так и вблизи планет, обладающих собственным магнитным полем), также как разгонный движитель-аппарат для межпланетных аппаратов.
Благодаря использованию возобновляемой электромагнитной энергии геомагнитного поля и солнечной энергии удается поддерживать и даже регулировать в относительно широких пределах траекторию движения такого нетрадиционного орбитального ИСЗ вообще без затрат расходного топлива и без затрат электроэнергии бортовых АБ.
Такой орбитальный бестопливный движитель позволяет реально осуществить циклическое силовое электромагнитное взаимодействие данного бортового магнита или электромагнита (соленоида) с геомагнитным полем планеты. В результате становится возможным создание долгоживущего "вечного полярного спутника Земли" с изменяемой по высоте полярной орбитой. Соленоид может быть запитан электроэнергией разными нетрадиционными способами, например, дармовым электричеством, полученным от солнечной батареи. Благодаря цикличному изменению направления тока в соленоиде можно обеспечить ускорение орбитального спутника на его первоначальной орбите, т.е. осуществить бестопливный маневр в космосе. Это возможно, поскольку бортовой соленоид создает однонаправленное электромагнитное усилие данного соленоида поочередно к каждому из магнитных полюсов планеты. В Зоне полюсов планеты питание электромагнита отключают, а после прохождения их вновь включают через определенный интервал времени или по угловому их перемещению на орбите.
Такое устройство позволит обеспечить сколь угодно долгое сохранение определенной полярной орбиты бестопливного орбитального аппарата вокруг любой планеты, обладающей магнитосферой и магнитным полем. Кроме того, возможным становится увеличение орбитальной скорости и изменение полярной орбиты вплоть до полного отрыва его от притяжения Земли и выхода в открытый космос, например для полета к Марсу. В принципе, такой соленоидальный движитель может быть использован при пилотируемом спуске космического аппарата в зоне магнитных полюсов и магнитных аномалий планеты. В этом случае он будет работать в режиме электромагнитного торможения космического аппарата.
Расчеты, проведенные на математических моделях таких устройств, и лабораторные эксперименты на действующих макетах подтверждают реализуемость и перспективность данного технического предложения практически во всех участках околоземной геомагнитосферы.
Замкнутый кольцевой контур с током в магнитосфере планеты
Он показан упрощенно на рис. 4. Устройство достаточно просто и состоит из замкнутого электропроводного контура с электрической нагрузкой. На рис. 4 показаны также некоторые элементы его конструкции, в частности, ребра жесткости и преобразователь электроэнергии.
Принцип его работы основан на использовании возобновляемой энергии геомагнитного поля в пределах магнитосферы планеты. Контур размещается подвижно в пределах магнитосферы планеты и укрепляется на борту бестопливного орбитального движителя. Такое простейшее устройство работает как обратимый электромеханический преобразователь магнитной энергии планеты в электроэнергию или даже тормозную тягу (в зависимости от цели и его назначения). Электрический ток в данном контуре образуется вследствие возникновения электромагнитной индукции, наведенной в нем при пересечении им геомагнитных силовых линий. Этот контур позволяет реализовать и двигательный режим, например, как для бестопливной корректировки положения космического аппарата, так и для получения электроэнергии от взаимодействия данного токового контура с магнитным полем планеты. Созданный электрический ток может быть особенно длительным и большим по величине в случае реализации контура как сверхпроводящего.
Такой токовый контур особенно полезно может быть использован для получения электроэнергии в теневой части орбиты бестопливных космических искусственных спутников Земли.
Иные перспективные комбинации устройств нетрадиционной бестопливной энергетики
Отметим, что в случае разумного сочетания вышеперечисленных устройств, некоторые из которых будут работать в двигательном, а иные и в генераторном режимах, можно сделать космонавтику маневренной вообще без наличия топлива на борту. В перспективе это позволит вообще отказаться от дорогих, громоздких и ненадежных солнечных батарей. В реальных орбитальных бестопливных движителях целесообразно использовать комбинации перечисленных выше способов и устройств. Например, для получения импульса тяги и поддержания заданной полярной орбиты искусственного спутника целесообразно применять бортовой соленоид, а для получения электроэнергии на борту целесообразно использовать МГД-преобразователь энергии околоземной природной плазмы.
Вполне целесообразно также и иное сочетание таких космических устройств, например, для ускоренного и/или широкомасштабного маневра с орбиты на орбиту и для быстрой ориентации бестопливной орбитальной космической станции. Например, полезны сочетания и совместная работа на космическом аппарате бортового соленоида, троса и полого МГД-двигателя на природной плазме. Тогда бортовой соленоид и полый МГД-преобразователь природной плазмы при маневре будут работать в режиме двигателей с электропитанием от тросовой энергетической установки. Также можно совместно использовать трос и соленоид как движители, а МГД - преобразователь как генератор электроэнергии. В этом случае живучесть и маневренность спутника возрастает.
Литература
1. Дудышев В.Д., Земля - электрическая машина// "Техника- молодежи" №11/84
2. Дудышев В.Д. Введение в глобальную экологию или Электромеханика живой природы // "Экология и промышленность России" №11/99
3. Инженерный справочник по космической технике, М., 1977, стр.40.
4. Физика космоса, М.,1986 г.
5. Алексеев, Непосредственное преобразование различных видов энергии в электрическую и механическую, М-Л, 1963
6. Дудышев В.Д. "Новая космическая энергетика" - Доклад на 4 международном конгрессе "Экология и окружающая среда" Россия, Самара- Астрахань, 2000 г.
7. "Экологические последствия космонавтики" - Доклад на 4 международном конгрессе "Экология и окружающая сред" Россия, Самара- Астрахань, 2000 г.
|
