Прорывное движение без пропеллента: физические принципы создания тяги в двигателе на основе К-резонатора

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7
Дата публикации:
09 января 2022, 22:31
Категория:
Секция 04. Космическая энергетика и космические электроракетные двигательные системы – актуальные проблемы создания и обеспечения качества, высокие технологии
Аннотация:
Рассмотрены возможные физические принципы создания тяги в двигателях на основе СВЧ-резонаторов за счет передачи импульса из внутренней системы двигателя наружу на основании физических эффектов взаимодействия потоков электромагнитной энергии с физическим вакуумом. Ранее мы обсуждали идею космического двигателя на основе СВЧ-резонатора кольцевой формы (К-резонатор), выявили техническое противоречие в концепте двигателя на основе V-резонатора, показали, что для создания тяги двигателя с помощью СВЧ-резонатора требуется возбудить поток ЭМ импульсов в режиме бегущей волны. Также обсуждалась техническая подсистема «фрикцион», где создается тяга двигателя. Здесь мы обсуждаем возможные физические эффекты, что могут быть использованы в подсистеме «фрикцион» для создания тяги двигателя.
Ключевые слова:
пропеллент, СВЧ-резонатор, вскипание вакуума
Основной текст труда

Ранее мы обсуждали идею космического двигателя на основе СВЧ-резонатора кольцевой формы (К-резонатор), выявили техническое противоречие в концепте двигателя на основе V-резонатора, показали, что для создания тяги двигателя с помощью СВЧ-резонатора требуется возбудить поток ЭМ импульсов в режиме бегущей волны [1]. Также обсуждалась техническая подсистема «фрикцион», где создается тяга двигателя. 

В работе [2] обсуждается широкий круг вопросов современной физики, результаты лабораторного изучения состояния вещества при экстремально  высоких давлениях и температурах. В том числе, обсуждается термин «вскипание вакуума» под воздействием лазерного излучения мощностью на уровне 1022...1023 Вт/см–2, когда в локальной зоне могут возникать микроскопические количества релятивистского вещества, генерация релятивистских ударных волн и потоков плазмы, солитонов, струй. Также в мировой научной литературе встречается термин boil the vacuum [3–5].

Ранее в работе [1], мы обсуждали вопросы идеального космического двигателя:

  • двигатель создает тягу за счет прямого взаимодействия с ресурсами космического пространства, использует физический вакуум как ресурс системы;
  • двигатель классифицируется как предельный случай идеального фотонного двигателя с рециркуляцией фотонов, что отличается глубокой степенью рекуперации энергии (до 10 порядков);
  • в отличие от фотонной ракеты на реакции аннигиляции,  идеальный двигатель использует СВЧ-микроволны как энергию в удобной, безопасной форме;
  • идеальный космический двигатель должен быть «холодным»;
  • К-резонатор изготавливается по хорошо известной технологии сверхпроводящих СВЧ-резонаторов;
  • двигатель управляет физикой коэффициента сцепления потока ЭМ энергии с физическим вакуумом;
  • двигатель использует быстрые алгоритмы трех импульсов для воздействия на физический вакуум с целью синтеза в рабочей зоне двигателя частиц пропеллента и воздействия на частицы пропеллента с целью передачи импульса из внутренней системы космического корабля во внешнее пространство;
  • вопросы физического взаимодействия с физическим вакуумом, технология управления коэффициентом сцепления рабочего потока энергии с физическим вакуумом и передачи импульса из системы двигателя в окружающее пространство – вынесены в отдельную подсистему с условным названием «фрикцион».

Здесь мы обсуждаем, что физические явления «вскипания вакуума» (boil the vacuum) могут быть полезны для космических полетов тем, что двигатель за счет внутреннего источника энергии может фактически изготовить порции  пропеллента. КПД такого двигателя будет в два раза хуже идеальной фотонной ракеты использующей реакцию аннигиляции запаса антиматерии, но мы видим в этом выгодное преимущество.

Как отмечалось в [2–5], «вскипание вакуума» обсуждается в лабораторных экспериментах при экстремально высокой плотности энергии. В тоже время,  идеальный космический двигатель должен быть «холодным». Мы находим в этом очередное техническое противоречие и предлагаем решение в виде идеи, что идеальный космический двигатель должен  использовать фотоны низких энергий для синтеза пропеллента в процессе «вскипания вакуума». Что если вакуум может «кипеть», то в «кипящем вакууме» можно найти полезные ресурсы для космических полетов? Идеальный космический двигатель должен использовать возможные естественные процессы «вскипание вакуума», например, при криогенных температурах. Что в природе, вакуум может «вскипать» естественным образом, например, на границе сред (вещество — вакуум) или внутри порции вещества, где с помощью технологии созданы  подходящие условия. Что явления «вскипание вакуума» создаются достаточно просто, что  при этом могут быть созданы полезные для космических полетов потоки пропеллента.

В результате, проводя более глубокое обобщение, мы находим концепт космического двигателя:

  • он состоит из (минимально) двух СВЧ К-резонаторов бегущей волны;
  • на поверхности резонаторов (на границе сред и/или в скин-слое) протекают явления «вскипание вакуума»;
  • идеально, энергия бегущих ЭМ-волн в СВЧ-резонаторе используется для синтеза в «кипящем вакууме» частиц пропеллента и одновременно, для отброса частиц пропеллента как реактивную массу;
  • удельная тяга (Н/кВт) такого двигателя может на 10 порядков превысить тягу  фотонной ракеты (3,33 мкН/кВт) — до 3000 Н/кВт. Что зависит от добротности СВЧ резонатора и коэффициента сцепления протока ЭМ энергии с «кипящим вакуумом». Такой двигатель позволит совершить космический полет на Марс за 42 часа.

Для практических экспериментов мы можем предложить концепт стенда, где изучается «неизвестная величина» или «элемент Х». Такой стенд не сможет показать точную (на микроскопическом уровне) физику сцепления бегущих волн с физическим вакуумом. Но если при этом создается практическая тяга двигателя, то можно будет наблюдать некие макроскопические силы (например, радиационного давления). Такие силы можно изучить с помощью, например, тензорных датчиков давления/натяжения. В самом первом приближении, следует изготовить СВЧ-резонаторы с неким регулярным (направленным) микрорельефом и/или с нанесением на поверхности резонаторов неких покрытий (пленок) из различных материалов. Подобная технология катализирует возможные естественные/искусственные процессы «вскипания вакуума» и синтез направленных потоков пропеллента.

В работе обсуждаются возможные физические принципы создания движения в космическом пространстве без использования возимых запасов пропеллента, выявлено техническое противоречие в задаче о «вскипании вакуума», обсуждается принципиальное техническое решение использования физических явлений «вскипание вакуума» в двигателе на основе СВЧ К-резонаторов, предложен концепт стенда.

Литература
  1. Овчар А.В. Прорывное движение без пропеллента: Движитель на основе К-резонатора // Матер. XXV Междунар.науч. конф. (Красноярск, 10–12 ноября 2021 г.): в 2 ч. / под общ. ред. Ю.Ю. Логинова; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2021. Т. 1. С. 115–116.
  2. Фортов В.Е. Экстремальные состояния вещества на Земле и в космосе // Успехи физических наук. 2009. № 179. С. 653–687. DOI: 10.3367/UFNr.0179.200906h.0653
  3. Frontiers in High Energy Density Physics: The X-Games of Contemporary Science. Washington, DC: National Acad. Press, 2003.
  4. Ringwald A. Boiling the vacuum with an x-ray free electron laser // arXiv:hepph/0304139v1. 2003.
  5. Hartin A., Ringwald A., Tapia N. Measuring the boiling point of the vacuum of quantum electrodynamics // Phys Rev. 2019. D 99. Art. ID 036008.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.