ЭМРД, proof of concept

[Дмитрий Владимирович Байков]

Примечание:

Спойлер

Этот топик - попытка не забыть интересную для меня концепцию и способ периодически возвращаться к ней с новыми данными, возможно расчетами, то есть некая работа, которая принесет мне моральное удовлетворение. Однако, коли будут желающие - буду рад, если вы поделитесь своими соображениями, аргументами, критикой или еще чем-нибудь - кто на что способен+)

[свернуть]

И так: когда-то давно, в некоторой книжке под названием "Космические двигатели будущего" или может даже раньше был мною вычитан некоторый двигатель под названием "Электромагнитный резонаторный двигатель". Суть его проста - заставить ЭМ-волну многократно отражаться в открытом резонаторе между КА и землей, и передавать почти весь свой импульс КА. Под спойлером текст из первоисточника:

Спойлер

Электромагнитный резонаторный двигатель. В отличие от ранее рассмотренных схем двигателей, в этом двигателе отсутствует рабочее тело, вернее, в его роли выступает электромагнитное излучение. Мы рассматривали уже возможность использования давления электромагнитного излучения для создания тяги в системах типа солнечный парус и выяснили, что при использовании даже такого практически неограниченного источника электромагнитной энергии, каким является Солнце, возможное значение тяги составляет несколько килограммсил.

Можно ли рассчитывать на получение заметной тяги за счет давления электромагнитного излучения при использовании искусственного источника излучения (например, лазера или мощного генератора электромагнитных волн СВЧ-диапазона)?

Рассмотрим подробнее процесс создания тяги за счет давления электромагнитного излучения. Пусть на поверхность падает поток электромагнитного излучения с достаточно большой плотностью на единицу площади. Если бы вся эта мощность могла бы быть преобразована в тягу, величина последней при достаточно развитой поверхности приема излучения могла быть значительной. Однако процесс преобразования энергии электромагнитного излучения в кинетическую энергию космического аппарата обладает той особенностью, что только крайне незначительная часть падающей энергии (а именно W/c, где W — поток энергии; с — скорость света) преобразуется в кинетическую энергию космического аппарата.

Остальная часть энергии снова безвозвратно уходит в космическое пространство. Если бы эту энергию удалось заставить многократно падать на одну и ту же поверхность, существенно можно было бы повысить эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в кинетическую энергию движения космического аппарата. Эта идея реализуется в электромагнитном резонаторном двигателе.

Принципиальная схема электромагнитного резонаторного двигателя (ЭМРД) показана на рис. 12. Разгон космического аппарата осуществляется за счет давления электромагнитного излучения в открытом резонаторе, образуемом зеркалами 2, 3, на зеркало космического аппарата.

Накачка электромагнитного излучения источником 1 в резонатор осуществляется через вентиль 4. Давление электромагнитного излучения в резонаторе во много раз превосходит давление излучения источника (за счет накопления электромагнитного излучения в резонаторе). Разгон аппарата продолжается до полного затухания электромагнитных колебаний в резонаторе после выключения источника 1. При отсутствии бокового рассеяния и потерь в зеркалах и среде энергия электромагнитных колебаний должна полностью переходить в кинетическую энергию космического аппарата.

Двигательная система предполагает наличие у неподвижного источника и космического аппарата строго-ориентированных относительно друг друга зеркал. Это позволяет многократно использовать импульс волн, отражающихся попеременно от каждого зеркала, для увеличения импульса космического аппарата. Именно за счет многократного использования импульса фотонов, передающих малую долю всей энергии космическому аппарату при каждом отражении от его движущегося зеркала, достигается высокий коэффициент преобразования энергии электромагнитных колебаний в кинетическую энергию аппарата, что является серьезным преимуществом ЭМРД перед другими типами двигателей, использующих для создания тяги давление электромагнитного излучения. Вместе с тем следует отметить огромные технологические трудности, которые предстоит преодолеть в случае реализации этой схемы.

Анализ схемы ЭМРД показывает, что основные параметры двигательной системы определяются характеристиками зеркал, источника излучения и точностью взаимной ориентации стационарной установки и космического аппарата. В свою очередь, эффективность ЭМРД определяется прежде всего максимальным удалением аппарата d, на котором коэффициент преобразования еще достаточно велик. Можно показать, что максимальный КПД передачи мощности между двумя зеркалами посредством электромагнитного излучения зависит только от параметра τ: τ = λd/R1R2, где R1R2 — размеры зеркал. Для τ < 1 КПД передачи может быть равным практически 100 %. С увеличением расстояния эффективность ЭМРД резко падает, как только перестает выполняться это условие.

Требования к КПД передачи достаточно жесткие. Так, например, при полном КПД системы 10 % минимально допустимый коэффициент полезного действия передачи составляет 99,9 %. Отметим, однако, что 10 % очень высокое требование к полному КПД системы. В традиционной схеме выведения космического аппарата на орбиту с использованием ЖРД полный КПД преобразования химической энергии топлива в кинетическую энергию космического аппарата составляет всего 2–3 %. Поскольку в случае ЭМРД источник энергии находится вне космического аппарата, вполне допустимо даже некоторое уменьшение полного КПД преобразования по отношению к этому значению.

[свернуть]

Принципиальная схема электромагнитного резонаторного двигателя: 1 — источник электромагнитного излучения, 2 — зеркало наземной установки, 3 — зеркало летательного аппарата 4 — вентиль, 5 — космический аппарат

Смысл простой. Пока не делал(и нигде не видел) никаких расчетов, что с этого двигателя можно получить. Зато сразу видятся некоторое количество проблем(те что видятся мне):

• Боковое рассеивание ЭМ-излучения,
• Поглощение атмосферой ЭМ-излучения,
• Характеристики зеркал и их нагрев,
• Боковое смещение аппарата. В этом случае, как мне очевидно, чем ближе к полюсам тем меньше проблема именно смещения аппарата и тем больше проблема логистики и инфраструктуры такого "космодрома",
• На орбиту Земли такой аппарат без энергоемкой коррекции не выйдет. Может пулять сразу со второй космической(если это возможно)?
• UPD от vasanov: Если отраженный сигнал, сложится с приходящим в противофазе, то вся энергия взаимопогасится. А это обязательно случится, так как расстояние между источником и кораблем меняется.
  

Ну вот, черновое оформление готово. Осталось как всегда - рассчеты возможности применения данной схемы.

[vasanov]

6. Если отраженный сигнал, сложится с приходящим в противофазе, то вся энергия взаимопогасится. А это обязательно случится, так как расстояние между источником и кораблем меняется.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:
6. Если отраженный сигнал, сложится с приходящим в противофазе, то вся энергия взаимопогасится. А это обязательно случится, так как расстояние между источником и кораблем меняется.

Логично. Вписал это 6 пунктом.

В первую очередь, наверное, стоит посчитать идеалистический вариант (сферический в том самом) без учета негативных последствий - возможно уже на этом этапе выявится несостоятельность такого проекта ни для каких целей.

[vasanov]

Я не радиотехник, но вроде, если мощность накопленной в резонаторе энергии превысит мощность источника, то источник просто сгорит.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:
Я не радиотехник, но вроде, если мощность накопленной в резонаторе энергии превысит мощность источника, то источник просто сгорит.

Гм, возможно. Я тут совсем ни в зуб ногой. А то что у нас резонатор постоянно изменяется, не поможет?
Надо будет погуглить.

[vasanov]

Ну, вообще-то если подсвечивать зеркало мощным лазером, то можно и до приличных скоростей разогнаться, вплоть до околосветовых. И добиваться резонанса вовсе не нужно, а просто отражать лазерный луч и все. Потери энергии конечно будут больше, но нет тех всех перечисленных недостатков.
Корабль сам будет держать себя в луче лазера. Радиоволны менее эффективны из-за своей маломощности.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:
Ну, вообще-то если подсвечивать зеркало мощным лазером, то можно и до приличных скоростей разогнаться, вплоть до околосветовых. И добиваться резонанса вовсе не нужно, а просто отражать лазерный луч и все. Потери энергии конечно будут больше, но нет тех всех перечисленных недостатков.
Корабль сам будет держать себя в луче лазера. Радиоволны менее эффективны из-за своей маломощности.

Проблема с лазерами, кажется, гораздо больше - уже вроде считали - нужны слишком мощные лазеры. Также и с микроволнами - вплоть до гигаватта мощности с учетом потерь. В этом случае, чисто теоретически, можно обойтись более реалистичными мощностями.

Плюс еще куча проблема - и рабочее тело, ну и лазеры слишком большой мощности. В любом случае, я надеялся что этот топик не скатится - а давайте что-нибудь другое попробуем.

[vasanov]

Что нибудь другое, я уже боюсь здесь и пробовать. Все мои темы просто закрывают. Я же убежден, что лучше, чем релятивистские протоны или адроны источника энергии и движителя не найти, антивещество с этим даже рядом не валялось.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:
Что нибудь другое, я уже боюсь здесь и пробовать. Все мои темы просто закрывают. Я же убежден, что лучше, чем релятивистские протоны или адроны источника энергии и движителя не найти, антивещество с этим даже рядом не валялось.

Убеждение - плохая штука. В вашем случае - совсем плохо - ибо вы даже не хотите увидеть несостоятельность ваших высказываний, что печально конечно же.

[vasanov]

 А с лазерами не особенно и большая проблемма, сейчас светодиодных лазеров горами китайцы штампуют.
Соберите таких лазеров на площади хотябы 1 кв.метр и можно хоть с огорода модельки спутников запускать. Самолет только постарайтесь не сбить, летчик точно ослепнет.
Арифметика простая, чтоб оторвать 1 кг массы от Земли достаточно 50 Вт мощности.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:
А с лазерами не особенно и большая проблемма, сейчас светодиодных лазеров горами китайцы штампуют.
Соберите таких лазеров на площади хотябы 1 кв.метр и можно хоть с огорода модельки спутников запускать. Самолет только постарайтесь не сбить, летчик точно ослепнет.
Арифметика простая, чтоб оторвать 1 кг массы от Земли достаточно 50 Вт мощности.

Интуитивно, нет, даже более - я абсолютно убежден, что у вас что-то совсем не так с арифметикой.

[vasanov]

Дмитрий Байков пишет:
Интуитивно, нет, даже более - я абсолютно убежден, что у вас что-то совсем не так с арифметикой.

Да, вроде все так ( пусть физики рассудят). Просто сейчас много мощности тратится либо на разгон выхлопных газов ракеты или самолета, либо на нагрев воздуха. А на разгон корабля остается мизер, вот и гудят и пыжатся сотни мегаватт, а достаточно килловатт. Особенно когда сделают космический лифт.
Вы же не мегаваттами поднимаете 12 кг ведро или поднимаетесь по ступенькам.

[Дмитрий Владимирович Байков]

vasanov пишет:

Дмитрий Байков пишет:
Интуитивно, нет, даже более - я абсолютно убежден, что у вас что-то совсем не так с арифметикой.

Да, вроде все так ( пусть физики рассудят). Просто сейчас много мощности тратится либо на разгон выхлопных газов ракеты или самолета, либо на нагрев воздуха. А на разгон корабля остается мизер, вот и гудят и пыжатся сотни мегаватт, а достаточно килловатт. Особенно когда сделают космический лифт.
Вы же не мегаваттами поднимаете 12 кг ведро или поднимаетесь по ступенькам.

Тут и не надо рассуждать физикам или лирикам - тут понятно на все еще на школьном уровне. Я вроде бы видел что в вашем топике вам указали на весь идиотизм вашей идеи.

Более не вижу ни одного разумного повода вам писать в этом топике о ваших протонах.

[Кубик]

vasanov пишет:
Арифметика простая, чтоб оторвать 1 кг массы от Земли достаточно 50 Вт мощности.

Мощность тут ни при чём - нужна сила, а если только "оторвать" - извините, путь её работы почти нулевой, время не определено - о какой исчисленной мощности речь? Мой любимый вопрос - мощность антигравитатора на единицу массы груза? Стул ведь вас тоже держит над полом...да и подошвы башмаков...