способ ускорения космического аппарата

Формула изобретения

1. Способ ускорения космического аппарата, включающий образование источником плазмы потока плазмы по оси поля магнитного диффузора и его воздействие на магнитную отражающую систему ускоряемого космического аппарата, отличающийся тем, что поток плазмы с силовыми линиями магнитного поля диффузора охватывают замкнутым сверхпроводящим контуром и, обеспечивая движение этого замкнутого контура вместе с ускоряемым космическим аппаратом в направлении от диффузора, сжимают магнитное поле диффузора к его оси, так что поток плазмы движется по этому сжатому полю, одним концом воздействуя на магнитную отражающую систему космического аппарата, а другим концом на область магнитной пробки, создаваемой внутри магнитного диффузора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении требуемых параметров ускорения космического аппарата прекращают ускорение указанного замкнутого контура и возвращают его к диффузору.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что замкнутый сверхпроводящий контур выполнен из материала, обладающего эффектом Мейснера.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при ускорении указанный замкнутый контур соединяют с магнитной отражающей системой космического аппарата, а по окончании процесса ускорения замкнутый контур отсоединяют от этой магнитной отражающей системы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют замкнутый сверхпроводящий контур с системой фиксирующих колец, которые при ускорении космического аппарата последовательно отсоединяют от замкнутого контура, расставляя по длине указанного сжатого магнитного поля диффузора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что область магнитной пробки внутри диффузора создают с помощью магнитного отражателя диффузора.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник плазмы размещают около магнитного диффузора.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник плазмы размещают на космическом аппарате.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют дополнительный источник плазмы, причем один источник плазмы размещают около магнитного диффузора, а другой источник плазмы размещают на космическом аппарате.

10. Способ по п.2, отличающийся тем, что возврат замкнутого контура к диффузору осуществляют с помощью двигательной установки, установленной на этом контуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам для создания силы с целью ускорения космического аппарата с помощью внешнего источника плазмы.

Известен магнитоплазменный способ вывода полезных грузов на геостационарную орбиту, включающий выталкивание капсулы с полезным грузом, движущимся потоком плазмы, причем капсулу изолируют магнитным полем, а поток плазмы формируют путем его истечения из плазмотрона, установленного на специальной морской платформе, при этом истекающую плазму направляют вдоль оси искусственного вихря-смерча [1].

Такой способ обеспечивает ускорение капсулы с полезным грузом и ее подъем до необходимой высоты орбиты над поверхностью Земли, при этом использование внешнего потока плазмы от плазмотрона на специальной платформе позволяет уменьшить затраты вещества плазмы и ее энергии на такое ускорение капсулы. Причем магнитное поле надежно защищает капсулу от прямого контакта с плазмой.

Однако для обеспечения малой расходимости и большой дальнобойности потока плазмы здесь используют искусственный вихрь-смерч, образуемый за счет воздуха атмосферы, поэтому такой способ принципиально применим только для ускорения капсулы в атмосфере, и его нельзя применять в условиях вакуума, в космическом пространстве.

Известен способ ускорения космического аппарата потоком плазмы из плазмотрона, размещенного на специальной разгоняющей станции, размещенной на орбите вокруг Земли [2].

Такой способ обеспечивает эффективное ускорение космического аппарата, в том числе и с большим ускорением (в зависимости от мощности потока плазмы).

Однако поток плазмы в вакууме резко расширяется (под внутренним давлением) и происходит быстрое падение плотности, то есть получается большая расходимость потока плазмы и соответственно малая дальнобойность, что приводит к относительно малому пути разгона-ускорения космического аппарата, тем самым ограничивая параметры ускорения этого аппарата.

Известен способ ускорения космического аппарата, включающий образование источником плазмы потока плазмы по оси поля магнитного диффузора, которым ограничивают расходимость потока плазмы на начальном этапе ускорения, при этом получаем воздействие потока плазмы на магнитную отражающую систему ускоряемого космического аппарата, причем в качестве источника плазмы используют сконцентрированный поток солнечной плазмы [3].

Такой способ обеспечивает малую расходимость потока плазмы на начальном этапе ускорения, что приводит к увеличению в целом дальнобойности потока плазмы и увеличению длины пути разгона космического аппарата.

Однако само магнитное поле от магнитного диффузора расходится в пространстве, его параметры падают, поэтому обычное магнитное поле диффузора не позволяет получить очень высокой дальнобойности потока плазмы и увеличить длину пути разгона космического аппарата, тем самым ограничивая параметры ускорения этого аппарата и возможности такого способа ускорения.

Предлагаемое изобретение решает задачу по уменьшению расходимости и увеличению дальнобойности потока плазмы, что приводит к техническому результату в виде увеличения длины пути разгона и параметров ускорения космического аппарата.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе ускорения космического аппарата, включающем образование источником плазмы потока плазмы по оси поля магнитного диффузора и его воздействие на магнитную отражающую систему ускоряемого космического аппарата, поток плазмы с магнитными силовыми линиями поля диффузора охватывают замкнутым контуром, и при движении этого замкнутого контура (одновременно с ускоряемым космическим аппаратом) от диффузора сжимают магнитные силовые линии поля диффузора к оси поля диффузора, и по этому сжатому полю и движется поток плазмы, одним концом воздействующий на магнитную отражающую систему космического аппарата, а другим концом воздействующий на область магнитной пробки внутри диффузора.

При достижении требуемых параметров ускорения космического аппарата замкнутый контур прекращает свое ускорение, а затем его возвращают к диффузору.

Замкнутый контур выполнен с использованием сверхпроводящего материала, обладающего эффектом Мейснера.

При ускорении замкнутый контур соединен с магнитной отражающей системой космического аппарата, а по окончании процесса ускорения замкнутый контур отсоединяют от магнитной отражающей системы.

Замкнутый контур дополнительно имеет систему фиксирующих колец, которые при ускорении постепенно отсоединяют от замкнутого контура и оставляют по длине сжатого магнитного поля диффузора.

Область магнитной пробки внутри диффузора получают с помощью дополнительно вводимого элемента - магнитного отражателя диффузора.

Источник плазмы размещают около магнитного диффузора.

Источник плазмы размещают на космическом аппарате.

Один источник плазмы размещают около магнитного диффузора, а другой источник плазмы размещают на космическом аппарате.

Возврат замкнутого контура осуществляют с помощью двигательной установки, установленной на этом контуре.

Здесь используется свойство магнитных силовых линий поля - их эластичность, возможность вытягиваться на большие расстояния, при движении такого поля с плазмой. И для сжатия вытянутых магнитных силовых линий используют замкнутый контур, оптимально - из сверхпроводящего материала, обладающего эффектом Мейснера. Такой замкнутый контур при своем движении сминает, сжимает расходящиеся в пространстве вокруг диффузора магнитные силовые линии, загоняя их в сечение внутрь этого контура. В итоге магнитное поле диффузора вытягивается по оси диффузора и по сечению контура на большое расстояние. Поэтому плазма движется от самого диффузора и по оси диффузора по всей длине пути разгона с практически постоянной площадью, определяемой площадью сечения магнитного поля внутри контура (и соотношением площади плазмы и площади сечения магнитного поля, задаваемым источником плазмы). Собственно, здесь просто нет расходимости потока плазмы (точнее оно ничтожно по сравнению с длиной пути разгона), так как сечение сжатого к оси магнитного поля практически одинаково (в идеальном варианте) по всей длине пути разгона и определяется сечением замкнутого контура. При этом поток плазмы одним концом воздействует на магнитную отражающую систему у космического аппарата, ускоряя этот аппарат. Другой конец потока плазмы упирается в магнитную пробку, созданную внутри диффузора.

При достижении требуемых параметров ускорения космического аппарата (его скорости) замкнутый контур прекращает свое ускорение, а затем его возвращают к диффузору, используя или сжатие, возврат к диффузору вытянутых магнитных силовых линий, или возврат за счет небольшой двигательной установки, установленной на контуре, или - оптимально - сочетание этих методов. Это обеспечивает многократное использование замкнутого контура для ускорения множества космических аппаратов, что повышает экономическую эффективность использования такого способа ускорения.

Замкнутый контур выполнен с использованием сверхпроводящего материала, обладающего эффектом Мейснера, то есть не пропускает магнитное поле через объем сверхпроводника, что обеспечивает сминание и сжатие магнитных силовых линий поля диффузора.

При ускорении замкнутый контур соединен с магнитной отражающей системой, оптимально - прикреплен механически (штанга, трос или т.п.). Здесь поток плазмы воздействует на магнитную отражающую систему, заставляя перемещаться (ускоряться) эту систему. Однако вследствие механического соединения этой системы с замкнутым контуром автоматически происходит и движение контура. Тем самым поток плазмы одновременно ускоряет и магнитную отражающую систему (вместе с космическим аппаратом), и замкнутый контур. А после окончания процесса ускорения замкнутый контур отсоединяют от магнитной отражающей системы, разрывая механическое соединение между ними (после чего начинают процесс возврата контура к диффузору).

Замкнутый контур дополнительно имеет систему из отдельных фиксирующих колец (оптимально - со сверхпроводящим материалом, с эффектом Мейснера), которые при ускорении постепенно отсоединяют от замкнутого контура, и они остаются по длине сжатого магнитного поля диффузора. И такие фиксирующие кольца служат дополнительными стяжками, уменьшающими возможность расплывания сжатого магнитного поля в пространстве на большой длине между магнитным диффузором и замкнутым контуром. А это повышает надежность работы такого способа ускорения, особенно в случае очень большой длины ускорения (в случае длины ускорения в десятки тысяч километров и более).

Область магнитной пробки внутри диффузора получают с помощью дополнительно вводимого элемента - магнитного отражателя диффузора, представляющего собой систему маленьких магнитов, с размерами на 2÷5 порядков меньше размера магнитного диффузора, что обеспечивает ничтожное воздействие системы маленьких магнитов вдали от диффузора и сильное воздействие в узкой, тонкой области внутри диффузора, обеспечивая отражение потока плазмы.

Источник плазмы размещают около магнитного диффузора, что соответствует варианту разгона космического аппарата внешним потоком плазмы, - со стороны диффузора.

Источник плазмы размещают на космическом аппарате, и этот источник подает плазму в магнитное поле диффузора, образуя столб плазмы. При этом столб плазмы обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии плазмы в кинетическую энергию ускоряемого космического аппарата, примерно на порядок больше, чем при традиционном истечении плазмы из двигателя этого аппарата.

Один источник плазмы размещают около магнитного диффузора, а другой источник плазмы размещают на космическом аппарате, что соответствует варианту разгона с помощью совместного создания столба плазмы источниками плазмы.

Возврат замкнутого контура осуществляют с помощью небольшой двигательной установки, установленной на этом контуре, так как такой способ прост, привычен и отработан в настоящее время.

Предложенный способ ускорения космического аппарата поясняется фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 изображено начальное положение элементов способа, перед началом процесса ускорения космического аппарата. На фиг.2 изображено положение элементов в процессе ускорения космического аппарата.

На фиг.1 и фиг.2 показаны магнитный диффузор 1 с его магнитным полем в пространстве 2 и магнитный отражатель диффузора 3, источник плазмы 4, а также имеется замкнутый контур 5 с системой фиксирующих колец 6 и двигателем 7, соединенный с магнитной отражающей системой 8 космического аппарата 9, имеющего источник плазмы 10, а также имеется сжатое магнитное поле 11 со столбом плазмы 12, и фиксирующими кольцами 13.

При работе источник плазмы 4 подает поток плазмы с образованием столба плазмы 12 по оси магнитного диффузора 1, при этом от потока плазмы 12 возникает сила на магнитную отражающую систему 8, ускоряющая эту систему 8 вместе с космическим аппаратом 9. Одновременно вместе с отражающей системой 8 ускоряется и замкнутый контур 5, сминающий и сжимающий начальное пространственное магнитное поле диффузора 2 в сечение, соответствующее сечению замкнутого контура 5, преобразуя пространственное поле 2 в длинное сжатое магнитное поле 11, в котором постепенно расширяется в длину столб плазмы 12. Этот столб плазмы 12 одним концом действует на магнитный отражатель диффузора 3, а другим концом действует на магнитную отражающую систему 8. По окончании процесса ускорения от отражающей системы 7 отсоединяется замкнутый контур 5 и с помощью своего двигателя 7 возвращается назад к магнитному диффузору 1. Причем в одном из вариантов способа возможно использование вместо источника плазмы 4 другого источника плазмы 10, установленного на космическом аппарате 8.

Также в другом варианте способа возможно использование совместно и одновременно источника плазмы 4 и источника плазмы 10. Еще в одном варианте способа система фиксирующих колец 6 в замкнутом контуре 5 при ускорении отсоединяет постепенно по одному фиксирующему кольцу 13, и их оставляют для дополнительной фиксации по длине сжатого магнитного поля 11.

Пример.

Из физики известно свойство магнитных силовых линий поля вытягиваться под действием давления, превышающего давление магнитного поля, с получением силы натяжения силовых линий [4]. Например, силовая линия как бы приклеена к тем частицам плазмы, которые находятся на ней в начальный момент, и когда частицы плазмы перемещаются, то они увлекают линию за собой, и в итоге магнитное поле Солнца вытягивается на миллиарды километров [5]. Таким образом, физика плазмы позволяет получить длинное вытянутое поле на основе обычного магнитного поля от, например, магнитного диффузора (короткой катушки).

Сам магнитный диффузор - обычный, аналогичный по конструкции и характеристикам известным, например по [3].

Для обеспечения сжатия поля диффузора используют замкнутый контур, оптимально - кольцо, с использованием сверхпроводящего материала, обладающего эффектом Мейснера. Это - сверхпроводники 1, 2 или 3 рода, или их сочетание, возможно использование "твистированных" сверхпроводящих проводов.

Сам источник плазмы традиционен и аналогичен известным (например, в термоядерных исследовательских реакторах), включая плазменную пушку (плазмотрон) и источник питания - источник электроэнергии, при этом возможен вариант использования в источнике питания и мощного аккумулятора энергии.

Оптимальное рабочее тело плазмы - водород.

Важная составляющая рабочего процесса - интенсивность излучения потока плазмы. Из физики плазмы известно, что главной составляющей излучения плазмы является радиационное торможение электронов в кулоновском поле атомных ядер. И используя известные зависимости энергии, которую излучает плазма в 1 с, согласно [6], и энергии плазмы для идеальной равновесной максвеловской плазмы (в приближении идеального газа) можно оценить соотношение энергий в виде зависимости:

где

Q_rad - энергия радиационного излучения;

Q_пл - энергия плазмы;

А - коэффициент отношения энергий Q _rad к Q_пл;

n - концентрация плазмы (в см^-3) с температурой электронов Т_е (в К). Тогда, используя зависимости по [6], давление плазмы оценивается в виде:

Отсюда видна зависимость давления потока плазмы от А и Т_е на магнитную отражающую систему космического аппарата (КА).

В общем случае возможны варианты величины А в диапазоне от 0,1 до 0,0001.

Например, при А=0,01, что соответствует излучению 1% от энергии плазмы в 1 с, при T=5·10⁶ K имеем р=800 Н/м ². И для получения силы тяги потоком плазмы R _ст=8·10⁵ Н необходимая площадь сечения столба плазмы S_пл=10 ³ м², что соответствует радиусу ˜30÷35 м, то есть это объемная разреженная плазма с концентрацией n˜5,8·10 ¹⁸ м^-3. При этом скорость иона водорода V_i 270 км/с, поэтому плазма работоспособна (в виде постепенно расширяющего столб плазмы) до длины пути разгона ˜V _i/A 10⁴÷10⁵ км (грубая оценка). Отметим, что минимальное значение поля, необходимое для удержания плазмы (согласно зависимостям по [6]), при р 800 Н/м² равно Н_а =1,13·10⁴ А/м или B _a 0,0142 Т, то есть это слабое магнитное поле (всего в ˜300 раз больше земного магнитного поля). Таким образом, необходимо большое по объему и достаточно слабое магнитное поле диффузора, то есть вполне реальные параметры.

Отметим, что вариант с А=0,1 возможен для быстрого разгона КА, когда источник плазмы может обеспечить плазменный поток очень большой мощности. Это достижимо при использовании мощного аккумулятора энергии, обеспечивающего быстрый сброс энергии на плазменную пушку. При этом давление плазмы увеличивается до ˜8000 Н/м² , при Т˜5·10⁶К.

Вариант с А=0,001 соответствует медленному разгону КА, позволяя резко снизить требования к мощности плазменной пушки и мощности источника питания, с уменьшением величины давления до ˜80 Н/м ², однако при этом длина пути разгона достигает ˜0,1÷1 млн.км.

Все эти варианты А, с 0,1÷0,0001, применимы для ускорения КА, и их выбор определяется требуемыми параметрами ускорения (прежде всего, необходимой скоростью полета) и характеристикой самого КА (его масса, автоматическая станция и т.п.), а также выбором разработчиков конкретной конструкции, реализующей предлагаемый способ ускорения. Более того, возможно регулирование параметров плазменного потока, его мощности, концентрации и температуры, поэтому при использовании такой конструкции возможно изменение и величины А в зависимости от параметров ускоряемого КА. Например, для ускорения КА с массой 10³...10 ⁴ кг требуются меньшие мощность потока и величина А, чем для ускорения КА с массой 10⁵ кг и более. Также, например, для КА с массой ˜10⁴ кг, направляемого к Луне с приростом скорости ˜3,5÷4 км/с, требуются меньшие мощность потока и величина А, чем при ускорении КА до скорости ˜10 км/с и более, направляемого к планетам.

Обратимся к параметрам плазменного столба.

Скорость иона водорода с энергией T˜5·10 ⁶ K=430 эВ равна V_i 270 км/с, и имеем V_i>>V _KA, где V_KA - скорость ускоряемого КА, то есть имеем дозвуковой поток плазмы, даже логичнее говорить о модели практически неподвижного столба плазмы, медленно движущегося в магнитном поле. Таким образом, здесь имеем многократное воздействие ионов и электронов столба плазмы на магнитную отражающую систему КА, а это позволяет утверждать о высокой эффективности такого двигателя. В частности, физически это аналогично проекту электромагнитного резонаторного двигателя, с многократным прохождением электромагнитного излучения между зеркалами, который обеспечивает 80÷100% преобразование энергии излучения в кинетическую энергию КА [7].

Подчеркнем, что здесь используется тепловое движение ионов плазмы, а не направленный поток ускоренной плазмы (как в традиционных плазменных электрических РД), поэтому эффективность плазменной пушки как источника столба плазмы очень высока и близка к 90÷100%. Однако здесь давление столба плазмы тратится на ускорение КА и на растяжение магнитного поля диффузора. Поэтому на ускорение КА тратится до 50% (идеальный вариант) энергии столба плазмы, а с учетом различного рода потерь реальная величина КПД ˜20÷40%, в среднем ˜30%. Подчеркнем, что ˜30% - это эффективность перехода тепловой энергии плазмы именно в кинетическую энергию КА (а не эффективность создания силы тяги на ускоряемый КА). Для сравнения заметим, что ˜30% в несколько раз больше, чем при ускорении КА традиционными плазменными ЭРД.

Отметим, что минимальная температура столба плазмы соответствует температуре полной ионизации водородной плазмы, то есть ˜1,5÷10⁵ K. При уменьшении температуры ниже 1,5÷10 ⁵ K становится возможным образование нейтральных атомов и их вылет за пределы столба, что приводит к резкому возрастанию потерь вещества из столба плазмы.

Максимальная температура ограничена возможностями плазменных пушек, и сейчас достижим уровень энергий в 25÷60 кэВ (плазменные пушки в термоядерных исследовательских реакторах). Однако при этом резко возрастают потери энергии на излучение, а также усиливается диффузия ионов поперек магнитного поля и их вылет из столба плазмы.

Поэтому параметры столба плазмы с Т˜10⁶÷10 ⁷ K достаточно оптимальны.

Заметим, что для уменьшения потерь ионов из столба плазмы за счет диффузии ионов, столб плазмы (по оси поля) по сечению составляет 70÷90% от площади сечения сжатого магнитного поля, тем самым остается стенка" из магнитных силовых линий сжатого поля между столбом плазмы и космическим пространством. И это дополнительно повышает надежность удерживания столба плазмы помимо того, что сами ионы плазмы удерживаются (захвачены) на магнитных силовых линиях, проходящих через столб плазмы.

Столб плазмы со стороны торцов удерживается магнитной отражающей системой КА и магнитным отражателем диффузора.

При этом конструктивно магнитный отражатель диффузора аналогичен известным, например согласно [3], и представляет собой систему малых магнитов, наиболее просто - из постоянных магнитов (более сложный вариант конструкции - система малых соленоидов), размеры которых на 2÷5 порядков меньше размера магнитного диффузора, что гарантирует ничтожное воздействие вдали от магнитов и одновременно - сильное воздействие в узкой, тонкой области внутри диффузора, то есть это - магнитная пробка", отражающая поток плазмы из столба.

Магнитная отражающая система КА выполняется в различных вариантах конструкции. А наиболее простая - известная конструкция, состоящая из маленького магнитного диффузора, с радиусом отражения плазмы ˜1 км, а также системы малых магнитов (аналогично магнитному отражателю диффузора) согласно [3].

Перед началом ускорения замкнутый контур соединяют с магнитной отражающей системой КА, например прикреплен механически - штанги из легких высокопрочных материалов или тросы и т.п. А после окончания процесса ускорения столбом плазмы замкнутый контур отсоединяют от магнитной отражающей системы, разрывая механическое соединение между ними (например, с помощью взрыва пиропатрона - типичное решение в космической технике, или иным способом).

После окончания процесса ускорения столбом плазмы КА продолжает движение, при этом на магнитную отражающую систему КА воздействует последний импульс истекающей плазмы из столба, при этом плазма быстро расширяется, более не удерживаемая сжатым магнитным полем. Впрочем, величина импульса, передаваемая КА таким потоком плазмы, намного меньше импульса от столба плазмы (нет многократного воздействия на поле КА, расширение потока в космосе и т.п.).

А отсоединенный замкнутый контур начинает движение назад - к магнитному диффузору. При этом интересно использование энергии сжатия, возврата к диффузору вытянутых магнитных силовых линий поля диффузора, которые за собой при сжатии увлекут и замкнутый контур. Однако вряд ли удастся за счет только этого процесса вернуть замкнутый контур, и речь может идти лишь о преодолении части пути к диффузору. Поэтому на замкнутый контур также устанавливают небольшую двигательную установку, которой направляют этот контур к диффузору. Отметим, что масса замкнутого контура на один-два порядка меньше массы ускоряемых КА, причем здесь не требуется большого ускорения для возврата этого контура (время возврата - до 10⁵÷10 ⁶ c), поэтому двигатель относительно малой мощности. Подчеркнем, что это традиционное типовое решение, привычное и отработанное. Однако в общем случае возможны и иные, нетрадиционные способы возврата замкнутого контура к диффузору (например, продолжение истечения плазмы от источника плазмы, при этом отдача истекающей плазмы на магнитное поле диффузора и контура также двигает контур к диффузору). Иначе возможны различные способы и конструкции для возврата замкнутого контура к диффузору. А это обеспечивает многократное (вплоть до сотен раз) использование замкнутого контура для ускорения множества КА, что повышает экономическую эффективность использования такого способа ускорения.

Для варианта способа с большими временем и длиной ускорения очень перспективно применение системы фиксирующих колец, узких, с шириной порядка ˜10 мм=0,01 м, со сверхпроводящим материалом с эффектом Мейснера. Такие кольца охватывают сжатое магнитное поле диффузора и гарантируют сохранение этого сжатого поля для практически любой длины ускорения КА, вплоть до миллионов километров. При этом эти кольца образуют ряд из отдельных колец по длине ускорения, с шагом порядка 10 ⁶÷10⁸ м=10³ ÷10⁵ км, и они препятствуют возможному расплыванию сжатого поля, фиксируют сжатое магнитное поле. Причем в силу малой толщины и ширины кольца, а также малого запаса жидкого гелия для охлаждения сверхпроводника в кольце, масса каждого кольца относительно мала (на уровне ˜100 кг).

Для ускорения КА на малоподвижном столбе плазмы прирост скорости оценивается соотношением:

где М_КА - масса КА;

- эффективность перехода энергии столба плазмы в кинетическую энергию КА, и средний ˜30%;

V_КА - прирост скорости КА за время ускорения t_p;

W_дв - мощность (энергия) источника плазмы.

Подчеркнем, что ускорение КА определяется энергией столба плазмы, а не местом расположения источника плазмы.

Для наглядности примем величины M_KA=10⁵ кг =100 т, 30%. Тогда получаем из (3) зависимость:

И для варианта с W_дв=12,5 МВт получаем И для t_p=10⁵ c имеем V_КА 2730 м/с, а для получаем

Для сравнения заметим, что для идеального ускорения КА с массой М_КА=100 т, для ионного ЭРД со скоростью истечения 250 км/с при мощности двигателя W _дв=12,5 МВт для t_p=10 ⁵ с имеем V_KA=100 м/с, а для получаем V_KA=10 м/с, и лишь при имеем

Таким образом, даже при установке источника плазмы на ускоряемом КА и использовании магнитного поля диффузора для получения столба плазмы обеспечивается значительное увеличение прироста скорости КА (вместо V_р=100 м/с получаем 2730 м/с). Значит предлагаемый способ ускорения перспективен в качестве начального этапа ускорения КА и размещенным на нем источником плазмы (например, плазменный или ионный ЭРД). При этом двигатель - источник плазмы на КА - служит для дальнейшей длительной работы (после окончания начального этапа ускорения в магнитном поле диффузора).

Другим вариантом способа является установка источника плазмы около магнитного диффузора. В этом варианте мощность источника плазмы (как и его массы) может быть любой, вплоть до уровня 100 МВт и более, а также возможна и установка в источнике питания мощных аккумуляторов энергии. Для примера с t _p=10⁵ c и W_дв =100 МВт при =30% получаем подводимую к КА энергию W _KA=3·10¹² Дж, и эта энергия соответствует идеальному ускорению КА с массой 100 т до скорости ˜7,74 км/с (полет к Марсу) или разгону до скорости ˜30 км/с КА массой ˜7 т (полет к Меркурию). В общем, больше энергия плазмы - больше вариантов использования такого способа ускорения.

В общем случае возможна установка 2-х источников плазмы - мощного источника плазмы около магнитного диффузора и относительно маломощного источника плазмы на ускоряемом КА. При этом столб плазмы образуется сразу с 2-х сторон - со стороны магнитного диффузора и со стороны ускоряемого КА, что повышает энергию столба плазмы, и соответственно увеличивается ускорение КА и его прирост скорости.

Таким образом, с помощью сверхпроводящего замкнутого контура обеспечивают получение длинного сжатого магнитного поля (на основе поля диффузора), в котором образуют малоподвижный столб плазмы, позволяющий с высокой эффективностью ускорять КА.

Итак, предложенный способ ускорения КА обеспечивает эффективное ускорение КА.

Предложенный способ ускорения космического аппарата найдет применение в космической технике.

Источники информации

1. Патент РФ 2134650, МПК В64G 9/00, опубл. 20.08.99.

2. Гильзин К.А. Электрические межпланетные корабли. М. Наука, 1970, с.394.

3. Солодов Б.М. Солнечная плазма и возможности ее использования в космической технике. Самара, ЗАО "Самарский информационный концерн", 2004, с.93-106.

4. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979, с.157-158.

5. Физика космоса. Маленькая энциклопедия. / Под ред. Сюняева Р.А. М.: Советская энциклопедия, 1986, с.396, 637.

6. Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. М.: ГИФ-МЛ, 1961, с.11, 16.

7. Дмитриев А.С. К теории электромагнитного резонаторного двигателя. Трудовое объединение научных чтений, посвященных памяти выдающихся советских ученых - пионеров освоения космического пространства". М., 26 февр. - 2 марта 1979. Теория и конструкция двигателей летательных аппаратов. М., 1979, с.117-126.