Инерционные двигатели в космосе: Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики (но это не точно) / Хабр

Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики (но это не точно) / Хабр

Leonid_R
16 октября 2019 в 16:34

Научно-популярное Космонавтика Физика

_{Источник: Wikimedia}

Инженер Центра космических полетов имени Маршалла NASA Дэвид Бёрнс предложил концепцию нового двигателя, который не использует реактивную тягу и, в теории, нарушает закон сохранения импульса. Проект опубликован на сервере NASA для технических отчетов.

В общих чертах проект Бёрнса представляет собой цилиндр с сильным магнитным полем, внутри которого движется кольцо ионов. В одной части цилиндра ускоритель должен разгонять ионы до околосветовой скорости, а в другой — замедлять. При этом ионы ударяются о стенки цилиндра. В классической физике такие удары не приводили бы к росту импульса, однако Бернс обращается к Специальной теории относительности: из-за близости к скорости света масса ионов будет возрастать. В итоге, импульс при ударе с одной стороны будет значительно сильнее и система будет в целом ускоряться.

Бернс предложил модель двигателя с магнитным полем силой 13Т и ускорителем на 160 МВт. По его плану, затраченную энергию можно будет восполнять при замедлении ионов.

Мартин Таймар из Технического университета Дрездена критически оценил идею «невозможного» двигателя:

«Бернс работал над своим дизайном в частном порядке, без какой-либо поддержки со стороны НАСА, и он признает, что его концепция в целом неэффективна. Тем не менее, он предположил, что есть потенциал, чтобы сохранить большую часть энергии, которую ускоритель теряет при нагревании и излучении».

Таймар упомянул, что проект Бернса может столкнуться с проблемами, которые возникали у другого «невозможного» двигателя EmDrive. EmDrive — установка из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.

«Насколько мне известно, все инерционные двигательные установки никогда не работали в среде без трения… Эта машина использует СТО, в отличие от других, что усложняет картину, но к сожалению, на каждое действие есть противодействие», — уточняет Таймар.

Теги:

• физика
• двигатели
• теория относительности

Хабы:

• Научно-популярное
• Космонавтика
• Физика

Всего голосов 54: ↑31 и ↓23 +8

Просмотры

23K

Комментарии
59

Леонид Ромащенко
@Leonid_R

Пользователь

Комментарии
Комментарии 59

Информационный сайт А. М. Белова Заправляем ракету пылью и песком. Инерционные реактивные двигатели на пыле и песке доставят к дальним планетам и защитят Землю от астероидов и комет.

Импульсный инерционный реактивный двигатель на песке и пыли с Луны. Доставка грузов без ракет. Перемещение и отклонение астероидов и комет в космосе.

Информационный сайт А. М. Белова Заправляем ракету пылью и песком. Инерционные реактивные двигатели на пыле и песке доставят к дальним планетам и защитят Землю от астероидов и комет. Импульсный инерционный реактивный двигатель на песке и пыли с Луны. Доставка грузов без ракет. Перемещение и отклонение астероидов и комет в космосе.

| О проекте | Главная | Оставить сообщение | Адрес для связи: [email protected] |

           
Использовать астероиды, кометы, малые планеты для пополнения реактивной расходной массы космических аппаратов предлагали уже давно. Ведь использовать материалы с этих космических тел очень заманчиво, так как вывод их в космос намного выгоднее по энергозатратам и экономически, чем доставлять их в космос с Земли.

           
Однако материалы, из которых сложены малые космические тела, не могут использоваться в качестве топлива для химических реактивных двигателей. Электрические и магнитные их свойства тоже очень плохие, что не позволяет использовать их в электромагнитных реактивных двигателях. Поэтому поскольку современный уровень развития техники не позволяет создать термоядерные, аннигиляционные и прочие возможные космические двигатели будущего, то остается лишь попытаться использовать механический двигатель. И первое предложение по чисто механическому ускорению каменных материалов, добытых непосредственно на астероиде, конечно, было самым очевидным – это установка непосредственно на астероиде некоего подобия пращи (см. анимацию на Рис. 1). Ведь праща была простейшим приспособлением для метания камней, известным всем народам с глубокой древности.

           
Эта конструкция имела следующие основные недостатки:

           
1. Несбалансированность своих вращающихся частей, что приводило с одной стороны к значительным потерям на трение, а с другой стороны ограничивало максимальную скорость вращения пращи.

           
2. Организация добычи каменных блоков с определенными геометрическими и массовыми параметрами.

           
3. Сложность процедуры заряжания пращи каменными блоками.

           
4. Необходимость иметь сравнительно мощный источник энергии.

           
5. Большие масса и габариты, как самой пращи, так и механизмов, обеспечивающих ее функционирование.

           
Конечно, самым существенным недостатком является низкая скорость вращения пращи, так как низкая скорость ее вращения не позволит придать большую скорость отбрасывания каменным блокам (расходной реактивной массе). А это в свою очередь приведет в конечном итоге, к потере всех преимуществ от добычи расходной реактивной массы на малых космических телах.

           
В статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2. narod.ru/4i.htm был описан ряд инерционных реактивных двигателей лишенных большинства недостатков классической пращи и теоретически способных придавать отбрасываемым расходным реактивным массам необходимую скорость. Но описанные в этой статье схемы инерционных реактивных двигателей все же предполагают использование отбрасываемых грузов сравнительно сложных, как по своей конструкции, так и в изготовлении. Организация производства таких грузов из материалов малых космических тел непосредственно на космических аппаратах в настоящее время маловероятна.

           
Однако, если исходить из того, что двигатель использующий материалы малых космических тел не будет предназначен для вывода объектов на орбиту искусственного спутника, а будет использоваться для ускорения и маневрирования аппаратов уже находящихся в космосе, то можно будет пойти на существенное ограничение тяги и импульсный характер работы такого двигателя. В этом случае в качестве отбрасываемых реактивных масс можно будет использовать уже не массивные каменные блоки со строго определенной геометрией, а мелкий песок или практически пыль. Источником такого песка может послужить буровой шлам, образующийся при разбуривании астероида или, так называемая, лунная пыль, доставляемая в космос с поверхности Луны (см. статью: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ).

           
Тогда и схема инерционного реактивного двигателя будет существенно отличатся, от приведенных в статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2.narod.ru/4i.htm. Упрощенно она может выглядеть примерно, так как показано в анимации на Рис. 2.

           
Работает этот двигатель следующим образом. Из питателя (на Рис. 2 показан в виде прямоугольника коричнево-красного цвета) песчинка выталкивается в зазор между двумя встречно-вращающимися маховиками (на Рис. 2 показаны в виде двух кругов серого цвета). Сцепляется с поверхностями маховиков и за время прохождения зазора между маховиками приобретает скорость равную линейной скорости вращения маховиков и выбрасывается в космическое пространство с приобретенной скоростью. При этом двигатель получает импульс, направленный в противоположную сторону от направления полета песчинки.

           
В процессе выбрасывания из двигателя песка скорость вращения маховиков будет постепенно замедляться. Поэтому песок из предлагаемого двигателя целесообразно выбрасывать небольшими порциями, периодически восстанавливая максимально возможную скорость вращения маховиков или, говоря иначе восстанавливая накопленную в них кинетическую энергию.

           
Восстанавливать кинетическую энергию маховиков можно сравнительно длительное время, используя для раскручивания маховиков маломощные электромоторы, питаемые от маломощных солнечных батарей.

           
Учитывая, что масса отдельных песчинок очень мала, можно практически создать двигатель с массой маховиков превышающих массу песчинки в десятки тысяч раз и при этом с вполне приемлемыми массово-габаритными параметрами всего двигателя в целом.

           
Предлагаемый двигатель можно устанавливать непосредственно на астероиде, траекторию движения которого необходимо изменить. Но это можно делать лишь на астероидах на изменение траектории движения, которых имеется значительное время (до нескольких лет). К тому же бурение астероида с целью получения бурового шлама сама по себе весьма непростая задача, требующая больших энергозатрат.

           
Поэтому более простым и надежным было бы все же организовать добычу и выделение при помощи центрифуг нужной фракции песка на Луне. С последующим выводом его без помощи ракет на лунную орбиту. О чем уже было написано в статье: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ). Ради решения этой задачи на Луне можно построить космический лифт. Причем в отличие от Земли на Луне технически возможно строительство классического космического лифта.

           
Затем с лунной орбиты уже при помощи предлагаемого двигателя песок можно транспортировать в точки ожидания, где постепенно можно будет накапливать весьма значительные массы песка. Используя его в дальнейшем, в качестве расходной реактивной массы при осуществлении полетов к Марсу и другим дальним космическим телам либо направляя его при помощи предлагаемого двигателя к приближающимся астероидам с целью изменения их траектории движения при столкновении. Если массы песка будут значительными, то можно будет отклонять непосредственно при подлете к Земле даже большие астероиды, воздействие на которые в настоящее время считается невозможным. Если астероид не удастся совсем отклонить от Земли, то можно рассчитывать хотя бы на организацию его падения в безлюдном месте Земли или в худшем случае попытаться заменить место его падения в окрестностях Москвы на место расположенное, где ни будь в Америке, например.

           
Описанная выше транспортная система, вероятно, сможет обеспечить экономичность полетов к дальним планетам и перехвата астероидов, но сократить затраты времени на выполнение этих операций точно не сможет. К сожалению, не во всех случаях следует рассчитывать на достаточное время для срабатывания транспортной системы. Например, приближающийся к Земле астероид может быть обнаружен слишком поздно, или если необходима срочная доставка груза на Марс, или, наконец, если транспортная система используется в качестве компонента кинетического оружия для обстрела отдельных территорий на Земле. Во всех этих случаях необходимо иметь транспортную систему с более высоким быстродействием.

           
Решить эту проблему можно было бы за счет применения химических жидкостных или твердотоплевных реактивных двигателей, но в таких двигателях в принципе невозможно использовать, добытые на астероидах или Луне материалы. Поэтому конструкцию классического химического реактивного двигателя необходимо изменить. На Рис. 3 показана схема и принцип работы такого измененного реактивного двигателя в разрезе.

           
На Рис. 3 синим цветом, показана рабочая камера реактивного двигателя, серым цветом – взрывной заряд и коричневым цветом – песок. В качестве взрывного заряда может использоваться жидкое или твердое взрывчатое вещество, а в целях получения запредельно высоких характеристик транспортной системы, и ядерный заряд.

           
Подрыв взрывного заряда в рабочей камере реактивного двигателя приводит к почти мгновенному выбросу песка из рабочей камеры с высокой скоростью. В результате чего камера реактивного двигателя вместе с полезной нагрузкой (на Рис. 3 не показана) начинает двигаться в сторону противоположную направлению движения песка.

           
Использовать в космических реактивных двигателях различные взрывные заряды, в том числе и ядерные заряды, предлагалось еще в прошлом веке. По ряду причин они не нашли широкого практического применения. Однако эффективность таких реактивных двигателей существенно возрастает при использовании в них в качестве реактивной расходной массы материалов добываемых на Луне или малых космических телах.

           
Если сам двигатель можно сделать сравнительно недорогим, то вся инфраструктура по обеспечению его работы, конечно, дешевой не получится. Зато именно тот, кто потратится, и будет определять, до момента создания более прогрессивных двигателей, кто, когда и зачем будет летать к дальним планетам, а главное определять какую часть населения Земли спасать в случае, если всю Землю защитить не удастся. Один раз нам уже повезло. Тунгусский метеорит упал в почти безлюдном районе тайги. А ведь он мог упасть и в европейской части России. Сейчас мы уже можем позаботиться о везении и при новых визитах подобных гостей.

           
Читайте так же статью: Инерционная транспортная система на основе канатного маховика для доставки грузов в космос без ракет (короткий космический лифт) http://stob2.narod.ru/5i.htm

                                                                                                           
январь 2012 года

Подруливающая механика | Space Engineers Wiki

Двигатель — тип блока в игре Space Engineers.

Основная функция подруливающего устройства — обеспечить возможность движения кораблей. При включении с помощью клавиш управления движением в кабине, пульте дистанционного управления или с помощью ручного управления подруливающим устройством на панели управления подруливающее устройство прикладывает усилие в направлении, противоположном его выхлопу. Подруливающее устройство может толкать корабли только в одном соответствующем направлении, поэтому для обычных конструкций кораблей рекомендуется иметь подруливающие устройства во всех 6 направлениях.

Для упрощения физики сила каждого двигателя прилагается к центру масс, независимо от того, где он на самом деле расположен на корабле. Это означает, что асимметричное размещение подруливающих устройств не приведет к штопору.

Подруливающее устройство также используется для противодействия другим силам за счет использования инерционных демпферов. Когда они включены, подруливающие устройства будут применяться по мере необходимости для замедления кораблей. Они также будут бороться с планетарной гравитацией, поэтому убедитесь, что у вас достаточно двигателей, направленных в небо, на атмосферных кораблях, чтобы добиться этого.

Хотя они могут быть размещены в любом месте корабля, для двигателей требуется 4-5 блоков свободного пространства, чтобы не повредить другие объекты. Однако двигатели малых кораблей не должны повреждать блоки тяжелой брони. Повреждения двигателей можно включать и выключать в настройках мира, что позволяет использовать различные конструкции кораблей.

Примечание: До обновления 01.022 для работы двигателей не требовалось открытое пространство.

Содержимое

• 1 Емкость
• 2 Расчеты
• 3 Расчет ускорения
  • 3.1 Единицы
  • 3.2 Константы
  • 3.3 Уравнение
  • 3.4 Онлайн-калькулятор
  • 3,5 Пример
• 4 Расчет времени до скорости
  • 4.1 Уравнение
  • 4.2 Пример
• 5 Пройденное расстояние
  • 5.1 Уравнение
  • 5.2 Пример
• 6 Множественные векторы тяги

Мощность

В активном состоянии инерционные демпферы могут использовать 100% максимальной мощности всех необходимых двигателей. Однако при запуске с помощью клавиш движения двигатели будут работать только на 2/3 максимальной мощности. При выполнении расчетов для ручного прожига не забудьте умножить эти значения на 2/3.

Расчеты

Расчет ускорения

Согласно физике мы знаем, что сила = масса x ускорение. Затем с помощью алгебры мы можем определить, что ускорение = сила/масса. Но что это значит?

Единицы

• Сила: Ньютоны (Н), 1 Н = 1 кгм/с ²
• Масса: Килограммы (кг)
• Ускорение: метры в секунду в секунду (м/с ² )

Константы

• Двигатели обеспечивают только 2/3 максимальной мощности при ручном запуске.
• Инерционные демпферы используют максимальную мощность двигателей.
• Малый двигатель:
  • Малый корабль: максимум 18 165 Н, 12 110 Н при ручном сжигании.
  • Большой корабль: максимум 150 660 Н, 100 440 Н при ручном сжигании.
• Большой двигатель:
  • Малый корабль: максимум 218 250 Н, 145 500 Н при ручном сжигании.
  • Большой корабль: максимум 1 815 000 Н, 1 210 000 Н при ручном сжигании.

Уравнение

Чтобы рассчитать ускорение вашего корабля, используйте следующую формулу:

Онлайн калькулятор

https://se.analytixresearch.com онлайн калькулятор для удобного расчета.

Пример

Предположим, у нас есть небольшой корабль водоизмещением 15 000 кг с одним большим подруливающим устройством и четырьмя маленькими, направленными в корму. Мы хотим знать, насколько быстро мы будем ускоряться, когда нажимаем «w».

Расчет времени достижения скорости

Иногда может быть важно знать, сколько времени потребуется, чтобы разогнаться до определенной скорости. Чтобы рассчитать это количество, вам сначала понадобится скорость ускорения, рассчитанная выше. Затем, поскольку мы знаем, что скорость = ускорение * время, вы можете использовать алгебру, чтобы найти следующее уравнение:

Уравнение

Пример

Наш корабль в предыдущем примере имел ускорение 12,93 м/с ² . Если мы хотим узнать, сколько времени потребуется, чтобы разогнаться от остановки до предела скорости игры, мы просто заполним уравнение:

Пройденное расстояние

Еще одна полезная вещь, которую нужно знать, это то, как далеко вы проедете при ускорении. Например, если мы планируем стыковку со станцией или авианосцем, хорошо бы точно знать, насколько близко мы сможем подобраться, прежде чем нам придется начать замедляться. Для этого нам нужно знать нашу начальную скорость, наше ускорение и время.

Уравнение

Пример

Допустим, у нас есть небольшой корабль, приближающийся к пределу скорости 100 м/с. Мы хотим снизить скорость примерно до 10 м/с, чтобы безопасно состыковаться. Наш корабль на самом деле не предназначен для быстрого торможения, поэтому наши передние двигатели генерируют ускорение всего 15 м/с 9.0072 2 . (Примечание: поскольку мы замедляемся, мы используем -15 м/с ² .)

Итак, нам нужно как минимум 330 м, чтобы снизить скорость до безопасной.

При выполнении этих расчетов важно помнить, что вы получаете большую мощность от инерционных демпферов, чем от ручных двигателей. Еще важнее помнить, что ваш корабль может иметь различное ускорение в зависимости от того, сколько двигателей направлено в сторону от того места, где вы движетесь.

Поскольку у большинства кораблей больше кормовых подруливающих устройств, чем передних, вы можете столкнуться с проблемами, если будете основывать все свои расчеты на кормовых инерционных демпферах. Вы вполне можете обнаружить, что сливаете свой корпус со стеной станции.

Несколько векторов тяги

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

IVO Ltd. впервые представляет двигатель — чисто электрический двигатель для спутников — SatNews

12 апреля 2022 г.

ООО «ИВО» . представила свой IVO Quantum Drive , первый полностью электрический двигатель для спутников, который не использует топливо и обеспечивает непревзойденную эффективность, масштабируемость и возможности для космической отрасли.

Построенный на основе квантованной инерции, IVO Quantum Drive является первой в мире коммерчески жизнеспособной и доступной технологией чисто электрического движения, подтвержденной термическими вакуумными испытаниями.

IVO Ltd. сотрудничала с E-Labs из Фредериксбурга, Вирджиния, чтобы проверить работу двигателя в суровых условиях, которые он увидит в космосе. Вакуумная камера также служила для проверки тяги, развиваемой квантованной инерцией. IVO Quantum Drive достиг 45 мН тяги, потребляя всего один ватт и не расходуя топлива. Это было сделано при 9×10-6 торр с температурными циклами в диапазоне от -100°С до 100°С. Подруливающее устройство работало, как и ожидалось, без каких-либо изменений в производительности.

Благодаря тому, что он использует только электричество и не использует топливо, Quantum Drive IVO имеет нулевые выбросы и является автономным. Это дает ему уникальную способность быть внутри самого космического корабля. Модульная конструкция квантового привода IVO позволяет масштабировать его по нескольким осям для удовлетворения потребностей каждого отдельного космического корабля независимо от требований к тяге.

“ Преимущества технологии чисто электрической тяги будут ощущаться во всей космической отрасли. Квантовый двигатель IVO позволяет измерять срок службы космического корабля не несколькими годами, а десятилетиями9.0453 », — сказал Даниэль Телехей , главный операционный директор IVO Ltd. « Мы особенно рады возможностям этой технологии, которые обеспечивает резкое снижение энергопотребления», — добавил Телехи. «В конечном счете, модульность IVO Quantum Drive позволяет разрабатывать гораздо более совершенные космические корабли, которые будут невероятно эффективными, легкими, маневренными, независимыми от топлива и, что наиболее важно, экономичными ».

В 2021 году генеральный директор и изобретатель квантового привода IVO, 9 лет.0452 Ричард Мэнселл обнаружил, что чисто электрическая тяга может использоваться для космических кораблей благодаря сочетанию математических данных и эмпирических данных испытаний.