RU2520856C2 - Facility for moving in outer space - Google Patents
Facility for moving in outer space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520856C2 RU2520856C2 RU2012145057/11A RU2012145057A RU2520856C2 RU 2520856 C2 RU2520856 C2 RU 2520856C2 RU 2012145057/11 A RU2012145057/11 A RU 2012145057/11A RU 2012145057 A RU2012145057 A RU 2012145057A RU 2520856 C2 RU2520856 C2 RU 2520856C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- outer space
- moving
- superconducting
- charged particles
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к космонавтике, а именно к средствам, предназначенным для перемещения в свободном космическом пространстве.The proposed technical solution relates to astronautics, and in particular to means designed to move in free space.
Известно техническое решение, предназначенное для осуществления перемещения полезных нагрузок в свободном космическом пространстве, включающее в свой состав корпус, блок полезной нагрузки, баки (контейнеры) для термоядерного топлива, радиационные экраны, сверхпроводящий магнит (выполняющий роль «магнитного зеркала»), лазер для инициации термоядерных микровзрывов (в режиме инерционного удержания) в зоне действия магнитного поля сверхпроводящего магнита и излучатели (в зону поджига лазерным лучом реакции синтеза) микрокапсул смеси термоядерного топлива: см. отчет по проекту VISTA - «VISTA-А Vehicle for Interplanetary Space Transport Application Powered by Inertial Confinement Fusion», автор С.D.Orth, May 16, 2003, LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY, University of California ·Livermore, California· 94551-0808, Original Manuscript Number: UCRL-LR-110500. (См. также публикацию на русском языке (об этой, в частности, разработке) «Ракетный двигатель на инерционном лазерном синтезе», доступную (выложенную) на 16_LFR.html/).A technical solution is known for moving payloads in free space, including a body, a payload block, tanks (containers) for thermonuclear fuel, radiation screens, a superconducting magnet (acting as a “magnetic mirror”), a laser for initiation thermonuclear microexplosions (in the inertial confinement mode) in the zone of action of the magnetic field of the superconducting magnet and emitters (in the zone of fusion of the fusion reaction with the laser beam) of the microcapsules of the mixture Nuclear Fuel: See VISTA Project Report - “VISTA-A Vehicle for Interplanetary Space Transport Application Powered by Inertial Confinement Fusion”, written by C. D. Orth, May 16, 2003, LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY, University of California · Livermore, California 94551-0808, Original Manuscript Number: UCRL-LR-110500. (See also the publication in Russian (about this, in particular, development) “Rocket engine based on inertial laser synthesis”, available (laid out) on 16_LFR.html /).
Недостатки аналога - невысокая (20-30 процентов) эффективность использования термоядерного топлива, невысокий удельный импульс тяги и небольшие достижимые характеристические скорости.The disadvantages of the analogue are the low (20-30 percent) efficiency of using thermonuclear fuel, the low specific thrust impulse and the small achievable characteristic speeds.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является средство для перемещения полезных нагрузок в свободном космическом пространстве, включающее в свой состав корпус, блоки полезной нагрузки, хранилища рабочего тела по крайней мере двух разных составов, тороидальный сверхпроводящий электромагнит (выполняющий роль «магнитного зеркала»), составляющий единое целое с корпусом, электромагнитные ускорители для испускания ускоренных ионов рабочего тела разных составов, расположенные на одинаковых расстояниях друг от друга вдоль внешней поверхности тороидального сверхпроводящего электромагнита, оси которых ориентированы в точку, отстоящую от центра электромагнита на расстоянии, равном 0,5-3 его диаметрам, и расположенную на оси тороидального сверхпроводящего электромагнита, - см. книгу «Гипотезы. Прогнозы» (международный ежегодник), выпуск 24, Москва, издательство «Знание», 1991 год, стр.124-131.Closest to the claimed technical solution is a means for moving payloads in free space, which includes a housing, payload blocks, storage media of at least two different compositions, a toroidal superconducting electromagnet (acting as a “magnetic mirror”), constituting integral with the body, electromagnetic accelerators for the emission of accelerated ions of the working fluid of different compositions, located at equal distances from each other along external surface of a toroidal superconducting electromagnet, whose axes are oriented to a point spaced from the center of the electromagnet at a distance equal to 0.5-3 its diameters, and located on the axis of the toroidal superconducting electromagnet, see the book “Hypotheses. Forecasts ”(international yearbook), issue 24, Moscow, Znanie publishing house, 1991, pp. 124-131.
Недостатком этого средства для перемещения в свободном космическом пространстве является низкий коэффициент использования рабочего тела, что определяется малой вероятностью эффективного взаимодействия ионов рабочего тела разных составов в точке пересечения пучков, вследствие того, что они должны будут вступать в реакции взаимодействия в открытом космическом пространстве (т.е. без применения специальной реакционной камеры). В итоге, этот движитель имеет низкий коэффициент полезного действия, невысокую эффективность и очень значительные (до 30-70 процентов) бесполезные потери рабочего тела.The disadvantage of this tool for moving in free space is the low utilization of the working fluid, which is determined by the low probability of effective interaction of ions of the working fluid of different compositions at the point of intersection of the beams, due to the fact that they will have to enter into interaction reactions in open space (i.e. e. without the use of a special reaction chamber). As a result, this mover has a low efficiency, low efficiency and very significant (up to 30-70 percent) useless losses of the working fluid.
Целью предлагаемого технического решения является увеличение эффективности использования рабочего тела, создающего тягу.The aim of the proposed technical solution is to increase the efficiency of use of the working fluid that creates traction.
Поставленная цель достигается в результате того, что в состав средства для перемещения в космическом пространстве, содержащего корпус и полезную нагрузку, включены не менее чем одна сверхпроводниковая кольцевая фокусирующе-отклоняющая система, каждая из которых содержит не менее чем 12 сверхпроводящих магнитов, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга вдоль кольцевого периметра каждой из систем, и в каждой из которых циркулирует поток высокоэнергичных электрически заряженных частиц, силовые элементы, соединяющие каждый сверхпроводящий магнит с корпусом, и не менее чем одно - на каждую сверхпроводниковую кольцевую фокусирующе-отклоняющую систему - устройство для преобразования энергии циркулирующих в кольцах потоков высокоэнергичных электрически заряженных частиц в энергию реактивной струи, при этом каждое устройство для преобразования энергии прикреплено к выходному раструбу одного из сверхпроводящих магнитов.This goal is achieved as a result of the fact that the composition of the means for moving in outer space containing the body and the payload includes at least one superconducting ring focusing-deflecting system, each of which contains at least 12 superconducting magnets located at equal distances from each other along the annular perimeter of each of the systems, and in each of which a stream of high-energy electrically charged particles circulates, power elements connecting each to a superconducting magnet with a housing, and at least one - for each superconducting ring focusing-deflecting system - a device for converting the energy of high-energy electrically charged particles circulating in the rings into the energy of a jet stream, with each device for converting energy attached to the output bell of one of superconducting magnets.
Устройство для преобразования энергии циркулирующих в кольцах потоков высокоэнергичных электрически заряженных частиц в энергию реактивной струи может быть выполнено в виде магнита, связанного с системой управления и осуществляющего в соответствии с управляющими сигналами выведение части потока циркулирующих в кольцевых системах частиц во внешнее пространство.A device for converting the energy of streams of high-energy electrically charged particles circulating in rings into jet jet energy can be made in the form of a magnet connected to a control system and, in accordance with control signals, carries out a part of the stream of particles circulating in the ring systems to the external space.
Устройство для преобразования энергии циркулирующих в кольцах потоков высокоэнергичных электрически заряженных частиц в энергию реактивной струи может быть выполнено в виде нейтрализатора электрических зарядов (например - за счет облучения пучка электрически заряженными частицами противоположного знака) частиц, циркулирующих в сверхпроводниковых кольцевых фокусирующе-отклоняющих системах, и соединено каналом связи с системой управления.A device for converting the energy of flows of high-energy electrically charged particles circulating in rings into jet jet energy can be made in the form of an electric charge neutralizer (for example, by irradiating a beam with electrically charged particles of the opposite sign) of particles circulating in superconducting ring focusing-deflecting systems, and connected communication channel with the control system.
Устройство для преобразования энергии циркулирующих в кольцах потоков высокоэнергичных электрически заряженных частиц в энергию реактивной струи может быть выполнено в виде магнитного ондулятора и соединено каналом связи с системой управления.A device for converting the energy of high-energy electrically charged particles circulating in the rings into the energy of a jet stream can be made in the form of a magnetic undulator and is connected by a communication channel to the control system.
На фиг.1 и 2 приведены чертежи предлагаемого средства для перемещения в космическом пространстве, причем на фиг.1 изображен его вид сверху, а на фиг.2 - его вид сбоку.Figure 1 and 2 shows the drawings of the proposed means for moving in outer space, and figure 1 shows its top view, and figure 2 is a side view.
Средство для перемещения в космическом пространстве содержит корпус 1, заключенную внутри него полезную нагрузку 2, комплекс сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих магнитов (магнитных систем) 3, каждый из которых прикреплен к корпусу 1 с помощью силовых (крепежных) элементов 4 одинаковой длины, радиально отходящих от корпуса 1. В данном варианте исполнения предлагаемого объекта каждый магнит 3 прикреплен к корпусу 1 отдельным силовым элементом 4. Всего предлагаемое средство для перемещения в космическом пространстве в рассматриваемом конкретном варианте его исполнения содержит 24 сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих магнитов (магнитных систем) 3, которые сведены в две, расположенные параллельно и друг над другом, отдельные сверхпроводниковые кольцевые фокусирующе-отклоняющие системы (иначе говоря - в два отдельных накопительных кольца), каждая из которых содержит по 12 сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих магнитов (магнитных систем) 3. Каждая сверхпроводниковая кольцевая фокусирующе-отклоняющая система предназначена для длительного содержания в ней потоков (пучков) высокоэнергичных электрически заряженных частиц, траектории движения которых изображены на фиг.1 точечными линиями 5. В одном из накопительных колец (иначе говоря - в одной из сверхпроводниковой кольцевой фокусирующе-отклоняющей системе) - примем, условно, что в верхнем - заряженные частицы движутся (циркулируют) в направлении против движения часовой стрелки, а во втором (условно, нижнем) - по часовой стрелке. К выходному раструбу одного из магнитов 3 верхней сверхпроводниковой кольцевой фокусирующе-отклоняющей системы (верхнего накопительного кольца) прикреплено устройство 6 для выведения части потока заряженных частиц, циркулирующих в данном кольце, во внешнее космическое пространство. Поток 7 выводимых из данного (верхнего) кольца частиц свободно и прямолинейно уходит в космическое пространство. К выходному раструбу магнита, относящегося к нижней сверхпроводниковой кольцевой фокусирующе-отклоняющей системе (к нижнему накопительному кольцу) и диаметрально противоположно расположенного относительно устройства 6, прикреплено устройство 8 для выведения части потока заряженных частиц, циркулирующих в нижнем кольце, во внешнее космическое пространство. Поток 9 выводимых из нижнего кольца частиц свободно и прямолинейно уходит в космическое пространство. Очевидно, что оба потока (и поток 7, и поток 9) распространяются в одинаковом направлении. Следует особо отметить, что изображенное (видимое) на фиг.1 устройство 8 относится не к верхнему (как устройство 6), а к нижнему накопительному кольцу (такова очевидная особенность вида сверху). Устройства 6 и 8 предназначены для преобразования энергии заряженных частиц, циркулирующих в накопительных кольцах, в энергию реактивных струй 7 и 9.The means for moving in outer space contains a housing 1, a payload 2 enclosed inside it, a complex of superconducting focusing-deflecting magnets (magnetic systems) 3, each of which is attached to the housing 1 with power (fastening)
Устройства 6 и 8 могут быть выполнены в виде магнитной системы, вводимой во внешнюю граничную (периферическую) область поперечных сечений потоков (пучков).Devices 6 and 8 can be made in the form of a magnetic system introduced into the external boundary (peripheral) region of the cross sections of flows (beams).
Устройства 6 и 8 могут быть выполнены в виде нейтрализаторов электрических зарядов частиц, например в виде излучателей электронов.Devices 6 and 8 can be made in the form of converters of electric charges of particles, for example in the form of electron emitters.
Устройства 6 и 8 могут быть выполнены в виде магнитных ондуляторов.Devices 6 and 8 can be made in the form of magnetic undulators.
Рассмотрим рабочей процесс, осуществляемый в предложенном объекте, позволяющий обеспечить достижение и главного предназначения данного технического решения (обеспечения возможности его перемещения с высокими скоростями в свободном космическом пространстве), и заявленной цели.Consider the workflow carried out in the proposed facility, which allows to achieve the main purpose of this technical solution (to ensure the possibility of its movement with high speeds in free space), and the stated purpose.
Прежде всего, необходимо отметить, что предложенное техническое решение не содержит в своем составе никаких устройств для разгона заряженных частиц до необходимых энергий.First of all, it should be noted that the proposed technical solution does not contain any devices for accelerating charged particles to the required energies.
Доведение используемых циркулирующих в накопительных кольцах заряженных частиц до необходимых значений их энергий осуществляется вне заявленного средства еще при его подготовке к полету на околоземной или околосолнечной орбите в соединении с ускорительным комплексом, который и осуществит ускорение электрически заряженных частиц в необходимом их количестве до требуемой энергии.Bringing the used charged particles circulating in the storage rings to the required values of their energies is carried out outside the declared means even when it is prepared for flight in near-Earth or near-solar orbit in conjunction with an accelerator complex, which will accelerate electrically charged particles in the required amount to the required energy.
При подготовке к полету объединяют в единое целое и указанный ускорительный комплекс, и предложенный объект так, чтобы в промежутках между сверхпроводниковыми фокусирующе-отклоняющими магнитами (3) последнего расположились ускорительные модули (элементы) ускорительного комплекса. Затем включают все их системы (и предложенного средства для перемещения в космическом пространстве, и ускорительного комплекса) и осуществляют ускорение необходимого количества заряженных частиц до необходимой (выбранной заранее в зависимости от цели предстоящего полета) энергии. Главной особенностью такого объединения будет четкое разделение функций: ускорительный комплекс, содержащий лишь элементы для ускорения заряженных частиц, будет осуществлять лишь их ускорение, а предлагаемое средство, содержащее лишь сверхпроводящие фокусирующе-отклоняющие магниты кольцевых систем (если их - систем - будет несколько), будет осуществлять лишь отклонение пучков (потоков) заряженных частиц. После ускорения заданного количества заряженных частиц во всех кольцах до необходимой энергии все составные части ускорительного комплекса отводят из зоны расположения предложенного средства для перемещения в космическом пространстве. После завершения указанного отвода предложенный объект ориентируют необходимым образом в пространстве, а затем включают в действие устройства 6 и 8. В результате их работы из накопительных колец начинают истекать струи (потоки) материи 7 и 9. Эти струи и создают реактивную тягу, что и обеспечивает саму возможность перемещения заявленного средства в свободном космическом пространстве.In preparation for flight, both the specified accelerator complex and the proposed object are combined in such a way that accelerator modules (elements) of the accelerator complex are located in the gaps between the superconducting focusing-deflecting magnets (3) of the latter. Then they include all their systems (and the proposed means for moving in outer space, and the accelerator complex) and accelerate the required number of charged particles to the necessary (selected in advance depending on the purpose of the upcoming flight) energy. The main feature of such a combination will be a clear separation of functions: an accelerator complex containing only elements for accelerating charged particles will only accelerate them, and the proposed tool containing only superconducting focus-deflecting magnets of ring systems (if there are several of them - systems) will be only deflect the beams (flows) of charged particles. After accelerating a predetermined number of charged particles in all rings to the required energy, all the components of the accelerator complex are removed from the location of the proposed means for moving in outer space. After completion of the indicated tap, the proposed object is orientated as necessary in space, and then devices 6 and 8 are turned on. As a result of their work, jets (flows) of matter 7 and 9 begin to flow out of the storage rings. These jets create reactive thrust, which ensures the very possibility of moving the claimed means in free space.
Необходимость (целесообразность) использования в данном варианте исполнения заявленного объекта двух кольцевых сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих систем (накопительных колец) определяется необходимостью компенсации паразитных вращающих (закручивающих) механических моментов от нецентральности истечения потоков 7 и 9.The necessity (expediency) of using in this embodiment of the claimed object two ring-shaped superconducting focusing-deflecting systems (storage rings) is determined by the need to compensate for spurious rotating (twisting) mechanical moments from the off-center outflow of flows 7 and 9.
Циркулирующие в сверхпроводниковых кольцевых фокусирующе-отклоняющих системах высокоэнергичные электрически заряженные частицы выполняют роль рабочего тела.High-energy electrically charged particles circulating in superconducting ring focusing-deflecting systems act as a working fluid.
Предложенное средство для перемещения в космическом пространстве не выполняет никаких ускорительных функций. Оно выполняет лишь роль накопителя и хранителя кинетической энергии ускоренных частиц. По сути, предлагаемое средство для перемещения в космическом пространстве является своеобразным сверхмаховиком - но с магнитным удержанием разогнанной почти до световых скоростей материи.The proposed means for moving in outer space does not perform any accelerating functions. It performs only the role of a storage device and a keeper of the kinetic energy of accelerated particles. In fact, the proposed tool for moving in outer space is a kind of super-flywheel - but with magnetic retention of matter dispersed to almost light speeds.
В качестве заряженных частиц в заявленном средстве могут быть использованы протоны, ядра любых стабильных или долгоживущих атомов (и их изотопов), ионизированные атомы и молекулы и электрически заряженные микрокрупицы вещества.As charged particles in the claimed tool can be used protons, nuclei of any stable or long-lived atoms (and their isotopes), ionized atoms and molecules, and electrically charged micro-particles of matter.
При использовании в качестве устройств 6 и 8 магнитных ондуляторов энергия потоков (пучков) заряженных частиц, циркулирующих в накопительных кольцах, будет преобразовываться в электромагнитное синхротронное излучение. В этом случае предложенное средство для перемещения в космическом пространстве станет, по сути, фотонным звездолетом.When using magnetic undulators 6 and 8 as devices, the energy of the flows (beams) of charged particles circulating in the storage rings will be converted to electromagnetic synchrotron radiation. In this case, the proposed means for moving in outer space will become, in fact, a photon starship.
Регулируя секундный расход пучков, выводимых из сверхпроводниковых кольцевых фокусирующе-отклоняющих систем (из накопительных колец), или меняя интенсивность генерации в ондуляторах синхротронного излучения, можно менять в необходимых пределах тягу, развиваемую предложенным средством для перемещения в космическом пространстве.By adjusting the second flow rate of the beams extracted from the superconducting ring focusing-deflecting systems (from the storage rings), or by changing the generation intensity in the undulators of synchrotron radiation, it is possible to change the thrust developed by the proposed means for moving in outer space within the necessary limits.
Для достижения высокой эффективности заявленного средства для перемещения в космическом пространстве (самой возможности его использования в качестве средства для передвижения в космосе) необходимо, чтобы энергия заряженных частиц в пересчете на один нуклон равнялась 1015-1018 эВ (электронвольт); общая начальная (перед стартом) масса покоя циркулирующих в кольцах (накопительных кольцах) заряженных частиц была не менее 1-100 граммам; общая стартовая масса всей конструкции (которая в полете, естественно, меняться не будет) заявленного объекта составляла (в зависимости от задач, поставленных перед каждым конкретным вариантом реализации предлагаемого объекта) примерно 104-108 тонн. Радиус сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих систем (накопительных колец) должен быть выбран (определяется) исходя из следующего:To achieve high efficiency of the claimed means for moving in outer space (the very possibility of using it as a means of moving in space), it is necessary that the energy of charged particles in terms of one nucleon is equal to 10 15 -10 18 eV (electron-volt); the total initial (before the start) rest mass of charged particles circulating in the rings (storage rings) was not less than 1-100 grams; the total starting mass of the entire structure (which, of course, will not change during the flight) of the declared object was approximately 10 4 -10 8 tons (depending on the tasks assigned to each specific implementation option of the proposed object). The radius of the superconducting focusing-deflecting systems (storage rings) should be selected (determined) based on the following:
1) необходимости уменьшения испускаемого паразитного синхротронного излучения до величины, приводящей к уменьшению энергии циркулирующих в накопительных кольцах частиц, не большей, чем на один-пять процентов от первоначальной (стартовой) их энергии за один год;1) the need to reduce the emitted spurious synchrotron radiation to a value that leads to a decrease in the energy of the particles circulating in the storage rings by no more than one to five percent of their initial (starting) energy in one year;
2) высокоэффективного отклонения заряженных частиц при заданной (максимально достигнутой) напряженности магнитного поля в сверхпроводящих магнитных системах фокусирующе-отклоняющих элементов накопительных колец;2) highly effective deflection of charged particles at a given (maximum achieved) magnetic field strength in superconducting magnetic systems of focusing-deflecting elements of the storage rings;
3) механических прочностных характеристик силовых элементов, скрепляющих указанные магниты с корпусом предложенного объекта.3) the mechanical strength characteristics of the power elements fastening these magnets with the body of the proposed object.
Достигнутые в настоящее время на самых современных ускорителях параметры пучков заряженных частиц следующие:The parameters of charged particle beams currently achieved at the most modern accelerators are as follows:
1. Получены пучки протонов с энергиями до порядка 1013 эВ=10 ТэВ (европейский ускоритель LHC) со светимостью, которую планируется довести до 5ּ1034 см-2ּс-1.1. Received proton beams with energies up to the order of 10 13 eV = 10 TeV (European LHC accelerator) with luminosity, which is planned to be brought up to 5 ּ 10 34 cm -2 ּ s -1 .
2. Суммарная масса покоя всех циркулирующих в ускорительном кольце частиц - до примерно 10-12-10-14 грамм.2. The total resting mass of all particles circulating in the accelerator ring is up to about 10 -12 -10 -14 grams.
Для достижения параметров, необходимых для создания летных образцов предложенного средства для перемещения в космическом пространстве, необходимо энергию пучка увеличить в 102-105 раз, а общую начальную массу покоя всех частиц, циркулирующих в накопительных кольцах, - в 1012-1015 раз (до значений, равных 1-100 граммам).To achieve the parameters necessary for creating flight samples of the proposed means for moving in outer space, it is necessary to increase the beam energy by 10 2 -10 5 times, and the total initial rest mass of all particles circulating in the storage rings by 10 12 -10 15 times (up to values equal to 1-100 grams).
Существуют практические возможности для существенного (радикального!) увеличения достигнутых, указанных выше, парамеров - см., например, статью «Коллайдеры частиц высоких энергий: прошедшие 20 лет, предстоящие 20 лет и отдаленное будущее» в №10 журнала «Успехи Физических Наук» за 2012 год, стр.1042-1046. Так, например, протоны в кристаллических ускорителях с использованием для наращивания энергии ускоряемых частиц рентгеновских лазеров на участке в 10 километров могут быть ускорены до 103-105 ТэВ (то есть до 1015-1017 эВ), а их максимальная энергия может быть доведена до 106 ТэВ=1018 эВ.There are practical possibilities for a substantial (radical!) Increase in the achieved parameters mentioned above - see, for example, the article “High Energy Particle Colliders: the Past 20 Years, the Next 20 Years, and the Distant Future” in issue 10 of the journal Uspekhi Fizicheskikh Nauk 2012, pp. 1042-1046. For example, protons in crystalline accelerators using x-ray lasers to accelerate the energy of accelerated particles over a 10-kilometer stretch can be accelerated to 10 3 -10 5 TeV (i.e., 10 15 -10 17 eV), and their maximum energy can be brought to 10 6 TeV = 10 18 eV.
Очевидно, что скорость истечения рабочего тела (части пучка или продуцируемого эквивалентного по массе потока специально для продуцирования тяги генерируемого синхротронного излучения) с секундным расходом
Развиваемая при этом тяга
Для вычисления характеристической скорости (Vx), обеспечить достижение которой можно с использованием предлагаемого средства для перемещения в космическом пространстве, необходимо использовать вариант формулы Циолковского, записанный для релятивистских ракет. Используя формулу (38.15) в разделе «Фотонные ракеты» в книге «Механика и теория относительности» (автор Матвеев А.Н.; издательство «Высшая школа»; Москва; 1986 год; стр.217) и решая ее относительно скорости (v=vx), получимTo calculate the characteristic velocity (V x ), which can be achieved using the proposed means for moving in outer space, it is necessary to use a variant of the Tsiolkovsky formula written for relativistic rockets. Using the formula (38.15) in the section “Photonic rockets” in the book “Mechanics and Theory of Relativity” (author A. Matveev; Higher School Publishing House; Moscow; 1986; p. 217) and solving it with respect to speed (v = v x ), we obtain
где с - скорость света; MK - масса конструкции (включая массы полезной нагрузки, корпуса, магнитов фокусирующе-отклоняющих систем (ФОС), силовых элементов закрепления ФОС и устройств для испускания реактивной струи); МПНО - общая начальная (стартовая) масса покоя пучка; γ - релятивистский фактор каждой частицы в пучкеwhere c is the speed of light; M K is the mass of the structure (including the mass of the payload, body, magnets of the focusing-deflecting systems (FOS), power elements of the fastening of the FOS and devices for emitting a jet stream); M PNO - total initial (starting) rest mass of the beam; γ - relativistic factor of each particle in the beam
где (в свою очередь) Ер - релятивистская энергия каждой заряженной частицы в пучке; Ео - ее энергия покоя; m0 - ее масса покоя. Введя обозначениеwhere (in turn) E p is the relativistic energy of each charged particle in the beam; E about - her rest energy; m 0 is its rest mass. By entering the notation
можно записатьcan write
ИлиOr
Важным показателем (параметром) эффективности заявленного объекта является релятивистский коэффициент γзв замедления течения собственного времени внутри него при достижении скорости vx An important indicator (parameter) of the effectiveness of the claimed object is the relativistic coefficient γ sv of deceleration of the flow of intrinsic time inside it when the speed v x
Исходя из вышеизложенного рассмотрим несколько конкретных вариантов реализации предлагаемого средства для перемещения в космическом пространстве.Based on the foregoing, we consider several specific options for the implementation of the proposed means for moving in outer space.
1. Масса MK равна 104 тонн; первоначальная общая масса покоя пучка (пучков) МПНО равна 1 грамму; частицы, циркулирующие в кольцах, - протоны; релятивистский фактор пучка (γ) равен 107.1. The mass M K is equal to 10 4 tons; the initial total resting mass of the beam (s) M PNO is 1 gram; particles circulating in the rings are protons; the relativistic factor of the beam (γ) is 10 7 .
Характеристическая скорости (vx) будет равна в данном случае 299,85 километрам в секунду, что вполне достаточно для проведения исследований в пределах всего околосолнечного космического пространства и даже для совершения (без «дозаправки») нескольких рейсов в разные «уголки» Солнечной системы.The characteristic speed (v x ) will be equal in this case to 299.85 kilometers per second, which is quite enough to conduct research within the entire space around the sun and even to make (without "refueling") several flights to different "corners" of the solar system.
2. Масса МК равна 106 тонн; первоначальная масса покоя пучка (пучков) МПНО равна 100 граммам; частицы, циркулирующие в кольцах, - протоны; релятивистский фактор пучка (γ) равен 109.2. Mass M K is equal to 10 6 tons; the initial rest mass of the beam (s) M PNO is equal to 100 grams; particles circulating in the rings are protons; the relativistic factor of the beam (γ) is 10 9 .
Характеристическая скорость (vx) будет равна в данном случае 28506,787 километрам в секунду, что вполне достаточно для проведения исследований космического пространства в радиусе примерно 1-10 тысяч астрономических единиц от Солнца.The characteristic velocity (v x ) will be equal in this case to 28506.787 kilometers per second, which is quite enough to conduct space research in a radius of about 1-10 thousand astronomical units from the Sun.
3. Масса МК равна 107 тонн; первоначальная масса покоя пучка (пучков) МПНО равна 10 килограммам; частицы, циркулирующие в кольцах, - протоны; релятивистский фактор пучка (γ) равен 109.3. The mass M K is equal to 10 7 tons; the initial rest mass of the beam (s) M PNO is 10 kilograms; particles circulating in the rings are protons; the relativistic factor of the beam (γ) is 10 9 .
Характеристическая скорость (vx) будет равна в данном случае 180 тысячам километров в секунду, а фактор замедления течения времени γзв равен 1,25, что вполне достаточно для проведения исследований звездных систем, расположенных на расстояниях до 20-30 световых лет от Солнца.In this case, the characteristic speed (v x ) will be equal to 180 thousand kilometers per second, and the time dilation factor γ sv is 1.25, which is quite enough to conduct studies of stellar systems located at distances up to 20-30 light years from the Sun.
4. Масса МК равна 107 тонн; первоначальная масса покоя пучка (пучков) МПНО равна 100 килограммам; частицы, циркулирующие в кольцах, - протоны; релятивистский фактор пучка (γ) равен 109.4. Mass M K is equal to 10 7 tons; the initial rest mass of the beam (s) M PNO is equal to 100 kilograms; particles circulating in the rings are protons; the relativistic factor of the beam (γ) is 109.
Характеристическая скорость (vx) будет равна в данном случае 295081,9672 километрам в секунду, а фактор замедления течения времени γзв равен 5,5454, что вполне достаточно для проведения исследований звездных систем, расположенных на расстояниях до 200-300 световых лет от Солнца.The characteristic speed (v x ) will be equal in this case to 295081.9672 kilometers per second, and the time dilation factor γ sv is equal to 5.5454, which is quite enough to conduct studies of stellar systems located at distances up to 200-300 light years from the Sun .
5. Масса МК равна 108 тонн; первоначальная масса покоя пучка (пучков) МПНО равна 1000 килограммам; частицы, циркулирующие в кольцах, - протоны; релятивистский фактор пучка (у) равен 109.5. The mass M K is equal to 10 8 tons; the initial rest mass of the beam (s) M PNO is equal to 1000 kilograms; particles circulating in the rings are protons; the relativistic factor of the beam (y) is 10 9 .
Характеристическая скорость (vx) будет равна в данном случае 295081,9672 километрам в секунду, а фактор замедления течения времени γзв равен 5,5454, что вполне достаточно для проведения исследований звездных систем, расположенных на расстояниях до 200-300 световых лет от Солнца. Массы полезных нагрузок будут составлять во всех рассмотренных случаях величины, равные 5-15 процентам от общей массы конструкции МК, то есть быть равными от нескольких сотен тонн в первом из рассмотренных выше вариантов реализации предлагаемого объекта, до примерно 10 миллионов тонн - в пятом из рассмотренных вариантов. Очевидно, что подавляющая часть от общей массы всей в целом конструкции МК будет приходиться на массу фокусирующе-отклоняющей системы. Степень ее совершенства и определяет все рассмотренные выше главные характеристики предложенного технического решения.The characteristic speed (v x ) will be equal in this case to 295081.9672 kilometers per second, and the time dilation factor γ sv is equal to 5.5454, which is quite enough to conduct studies of stellar systems located at distances up to 200-300 light years from the Sun . The payload masses in all cases considered will be equal to 5-15 percent of the total mass of the structure M K , that is, from several hundred tons in the first of the above options for the implementation of the proposed facility, up to about 10 million tons in the fifth of options considered. Obviously, the vast majority of the total mass of the whole structure M K will be the mass of the focusing-deflecting system. The degree of its perfection determines all the main characteristics of the proposed technical solution considered above.
Для оценки величины потерь энергии от паразитного синхротронного излучения, возникающего не в устройствах 6 и 8, а в сверхпроводниковых фокусирующе-отклоняющих магнитах 3, следует использовать формулу (17.8), приведенную в книге «Синхротронное излучение и его применение» (авторы И.М.Тернов и др.; издательство Московского Государственного Университета; 1985 год; стр.203)To estimate the magnitude of energy losses from spurious synchrotron radiation that occurs not in devices 6 and 8, but in superconducting focusing-deflecting magnets 3, one should use formula (17.8) given in the book “Synchrotron radiation and its application” (authors I.M. Ternov et al .; Publishing House of Moscow State University; 1985; p. 203)
где: dE - потери энергии частицей в виде синхротронного излучения за один ее оборот; е - электрический заряд частицы; R - радиус накопительного кольца (в метрах); Е - энергия частицы; m0 - масса покоя частицы; с - скорость света; γ - релятивистский фактор пучка.where: dE is the energy loss of a particle in the form of synchrotron radiation per revolution; e is the electric charge of the particle; R is the radius of the storage ring (in meters); E is the energy of the particle; m 0 - rest mass of a particle; c is the speed of light; γ is the relativistic factor of the beam.
Для удобства использования эту формулу следует представить в виде, позволяющем вычислять указанные потери за один год (dЕгод)For ease of use, this formula should be presented in a form that allows you to calculate the indicated losses for one year (dЕ year )
Так, при R=100 километров=105 метров; Е=1018 эВ (γ=109) и при использовании в качестве «рабочего тела» протонов величина dЕгод=16146,4 кэВ, что на много порядков меньше величины Е.So, with R = 100 kilometers = 10 5 meters; E = eV October 18 (γ = 10 9), and when used as a "working fluid" protons dE value year = 16146.4 keV, which is many orders of magnitude less than E.
Принципиально важным отличием предлагаемого технического решения от прототипа является введение в его состав кольцевых ФОС с циркулирующими внутри них высокоэнергичными заряженными частицами и устройств для регулируемого (управляемого) выведения (для создания тяги) в процессах разгона или торможения либо части самого пучка, либо специально генерируемого «двигательного» синхротронного излучения. Это, в комплексе, позволяет реализовать высокоэффективный движитель, позволяющий обеспечить достижение даже околосветовых скоростей (релятивистских, приближающихся к скорости света) и обеспечить достижение заявленной цели - увеличения эффективности использования рабочего тела, создающего тягу, которая становится равной практически 100 процентам.A fundamentally important difference between the proposed technical solution and the prototype is the introduction of ring FOS with high-energy charged particles circulating inside them and devices for controlled (controlled) removal (to create traction) in the process of acceleration or braking of either part of the beam itself or a specially generated “motor "Synchrotron radiation. This, in combination, makes it possible to implement a highly efficient propulsion device, which allows achieving even near-light speeds (relativistic, approaching the speed of light) and ensuring the achievement of the stated goal - increasing the efficiency of using a working fluid that creates traction, which becomes almost 100 percent.
Предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет обеспечить реализацию также следующих качественно важных свойств и характеристик: достижение высокой (в принципе почти стопроцентной) эффективности использования рабочего тела (в данном случае пучков заряженных частиц); достижение релятивистских скоростей; достижение максимально возможного (то есть предельного, теоретически возможного) удельного импульса тяги; возможность перемещения к выбранным пунктам назначения значительных масс полезных нагрузок, достигающих, в принципе, величин в десятки и сотни тысяч тонн (по массе).The proposed set of essential features makes it possible to ensure the implementation of the following qualitatively important properties and characteristics: achieving high (in principle, almost one hundred percent) efficiency in the use of a working fluid (in this case, charged particle beams); achievement of relativistic speeds; achievement of the maximum possible (that is, the limit, theoretically possible) specific impulse of thrust; the ability to move to selected destinations significant masses of payloads, reaching, in principle, tens and hundreds of thousands of tons (by weight).
Важным достоинством предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом является тот факт, что практически никакого опасного воздействия от циркулирующих в накопительных кольцах высокоэнергичных заряженных частиц на объекты, расположенные внутри колец (где и должны размещаться все составляющие части полезной нагрузки), не будет.An important advantage of the proposed technical solution in comparison with the prototype is the fact that there will be practically no dangerous effect from the high-energy charged particles circulating in the storage rings on the objects located inside the rings (where all the components of the payload should be placed).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145057/11A RU2520856C2 (en) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Facility for moving in outer space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145057/11A RU2520856C2 (en) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Facility for moving in outer space |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012145057A RU2012145057A (en) | 2013-02-10 |
RU2520856C2 true RU2520856C2 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=49119656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012145057/11A RU2520856C2 (en) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Facility for moving in outer space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2520856C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1193805A (en) * | 1969-05-15 | 1970-06-03 | George Olatokunbo Okikiolu | The Proton Extractor |
RU2104411C1 (en) * | 1992-12-16 | 1998-02-10 | Борис Михайлович Солодов | Method of acceleration of space vehicle by charged particle flux and device for realization of this method |
US6642526B2 (en) * | 2001-06-25 | 2003-11-04 | Ionfinity Llc | Field ionizing elements and applications thereof |
US20080197238A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Young Kun Bae | Photonic laser-based propulsion having an active intracavity thrust amplification system |
RU2410567C1 (en) * | 2009-10-05 | 2011-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное конструкторское бюро "Факел" | Modular cathode-compensator |
-
2012
- 2012-10-24 RU RU2012145057/11A patent/RU2520856C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1193805A (en) * | 1969-05-15 | 1970-06-03 | George Olatokunbo Okikiolu | The Proton Extractor |
RU2104411C1 (en) * | 1992-12-16 | 1998-02-10 | Борис Михайлович Солодов | Method of acceleration of space vehicle by charged particle flux and device for realization of this method |
US6642526B2 (en) * | 2001-06-25 | 2003-11-04 | Ionfinity Llc | Field ionizing elements and applications thereof |
US20080197238A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Young Kun Bae | Photonic laser-based propulsion having an active intracavity thrust amplification system |
RU2410567C1 (en) * | 2009-10-05 | 2011-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное конструкторское бюро "Факел" | Modular cathode-compensator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012145057A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bussard | Galactic matter and interstellar flight | |
Crawford | Interstellar travel: a review for astronomers | |
JP2016109658A (en) | Charged particle beam collision type nuclear fusion reactor | |
Petrescu et al. | Modern propulsions for the aerospace industry | |
Gaidos et al. | Antiproton-catalyzed microfission/fusion propulsion systems for exploration of the outer solar system and beyond | |
Spitzer Jr | Interplanetary travel between satellite orbits | |
RU2520856C2 (en) | Facility for moving in outer space | |
Petrescu | New aircraft | |
Gahl et al. | The fission fragment rocket engine for Mars fast transit | |
WO2019112874A1 (en) | Asteroid mining systems facilitated by cosmic ray and muon-catalyzed fusion | |
Semyonov | Relativistic rocket: Dream and reality | |
Thorn et al. | Gaseous-fuel reactor systems for aerospace applications | |
WHITMIRE et al. | Laser powered interstellar ramjet | |
US20200299007A1 (en) | Radioactive decay propulsion and electrical device | |
US9852823B1 (en) | Methods and systems for producing fissile material from fertile feedstock | |
Keane et al. | Beamed Core Antimatter Propulsion: Engine Design and Optimization | |
Andrews | Interstellar propulsion opportunities using near-term technologies | |
US20200317375A1 (en) | Steering mechanism and method for micro-fusion-powered air and space craft | |
Andrews | Cost considerations for interstellar missions | |
Lewis et al. | AIMStar-Antimatter Initiated Microfusion for pre-cursor interstellar missions | |
Pickrell | Quantification of Electron/Positron Pairs for Matter/Anti-Matter Propulsion--Recent Experimental Results | |
US20200231309A1 (en) | Micro-fusion-powered air and space craft | |
Cassenti | The Interstellar Ramjet | |
Czysz et al. | Exploration of our Solar System | |
US20200269997A1 (en) | Single-stage craft and method for interplanetary space travel |