Фотонный двигатель своими руками

News Directory World News Headlines

Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело далёкого будущего.

Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.

Тем не менее надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции [1] . В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома со временем жизни порядка 10 −27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10 −17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до

1,5×10 −4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.

Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов,

1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а

1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких. [ источник не указан 4003 дня ] .

При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 % [2] , эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×10 6 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя. [3]

В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя очень далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:

Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель ‘т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона [4] [5] на позитрон и π 0 -мезон:

π 0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.

В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.

Согласно одной из гипотез, вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.

Аннигиляционные двигатели

Скорость движения обычных ракет существенным образом зависит от скорости истечения рабочего тела. Ни химические, ни ядерные реакции, известные в настоящее время, не позволяют достичь скоростей истечения, достаточных для разгона космического судна до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью. Таким образом антивещество способно высвободить примерно в миллиард раз больше энергии, чем обычное ракетное топливо.

Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги в конструкциях так называемых фотонных ракет (см. Фотонный двигатель).

Содержание

[править] Естественное антивещество

Андрей Сахаров, человек, разработавший в 1950-х гг. для Советского Союза водородную бомбу, рассуждал, что в начале Вселенной, во время Большого взрыва, возникла лёгкая асимметрия в количестве вещества и антивещества. Её причиной стало нарушение зарядовой и чётной симметрии(СР-симметрии). В конечном итоге, все атомы нашей сегодняшней Вселенной представляют собой останки титанического столкновения вещества и антивещества.

Эта теория допускает существование небольших количеств антивещества, возникшего естественным образом. Если нам удастся обнаружить его запасы, стоимость производства топлива для двигателей на антивеществе резко упадёт.

Искать места скопления естественного антивещества можно следующим методом. Когда электрон встречается с позитроном, оба аннигилируют, излучая при этом пару гамма-квантов с энергией около 0.511 МэВ или выше. В поисках гамма-лучей с такой энергией, можно отыскать следы присутствия естественного антивещества.

Для поисков антивещества естественного происхождения в 2006 г. На орбиту был выведен спутник PAMELA, разработанный совместными усилиями России, Италии, Германии и Швеции и предназначенный для поисков сохранившихся участков антивещества. Предыдущие попытки такого рода ограничивались использованием высотных аэростатов и шаттлов, то есть сбор данных продолжался не более недели. PAMELA же будет работать на орбите по крайней мере три года. Прибор разработан для регистрации космических лучей как от обычных источников, таких как сверхновые, так и от неожиданных и необычных, таких как звезды, состоящие целиком из антивещества. Говоря более конкретно, PAMELA будет искать след антигелия, который может возникать в недрах антизвёзд. Сегодня большинство физиков уверены, что в результате Большого взрыва вещество и антивещество во Вселенной аннигилировали почти полностью, но прибор PAMELA будет работать, исходя из другого предположения — что в этой аннигиляции не участвовали целые области Вселенной с преобладанием антивещества, где оно и сегодня существует в виде антизвёзд.

[править] Получение антивещества

Институт перспективных концепций NASA достаточно серьёзно воспринимает идею сбора антивещества в космосе, о чём свидетельствует грант на пилотный проект по изучению этой идеи. [1] Основой предполагаемого устройства для сбора антивещества служат три концентрические сферы, изготовленные из проволочной сетки. Внешняя сфера диаметром 16 км должна быть положительно заряжена; она будет отталкивать положительно заряженные протоны, но притягивать отрицательно заряженные антипротоны. Антипротоны, прошедшие через первую сферу, будут замедляться, проходя через вторую, и останавливаться на подходе к внутренней сфере диаметром 100 м. Там антипротоны будут захватываться магнитным полем и смешиваться с позитронами для получения антиводорода.

[править] Хранение антивещества

Помимо того, что возникают трудности в получении античастиц, серьезной проблемой представляется их хранение, а именно неизбежная аннигиляция при контакте с веществом. К примеру, учёные Европейского центра ядерных исследований(CERN) пытались получить античастицы в ускорителях и удержать их в гелиевых пузырьках.

Проблемой хранения активно занимается и NASA. Так, Д. Джексон и С. Хоув предложили метод хранения антиводорода в форме твердых шариков (d = 150 мкм). Эти шарики могут быть наэлектризованы и подвешены в системе специальных ловушек, действующих по электростатическому принципу. Правда, перспективы реализации этой идеи видятся довольно туманными.

Эта проблема была частично решена учеными CERN. Они создали глубокий вакуум, чтобы избежать столкновения случайных атомов воздуха с антивеществом. Чтобы удержать античастицы, была создана «магнитная бутылка», [2] состоящая из комбинации магнитных и электрических полей. Однако в ловушке можно удержать лишь ничтожное количество антипротонов и позитронов, иначе она будет разрушена зарядом.

[править] Создание анти-вещества на Земле

В 1995 г. CERN произвёл настоящую сенсацию — объявил о создании девяти атомов антиводорода. Самой большой преградой к созданию атомов более тяжелых антиэлементов является только цена. Любое государство обанкротилось бы, произведя несколько десятков граммов антиатомов. В настоящее время уровень производства антивещества в мире составляет от одной миллиардной до одной десятимиллиардной доли грамма в год. В 2004 г. несколько триллионных грамма антивещества обошлось CERN в 20 млн долларов. При таких темпах производство 1 грамм антивещества стоил бы 100 квадриллионов долларов и заняло бы 100 млдр. лет непрерывной работы фабрики. Это делает антивещество самым дорогим продуктом на свете.

[править] Технические возможности

Эффективность атомной бомбы, несмотря на всю её жуткую мощь, составляет всего около 1 %. В Энергию переходит лишь крохотная часть массы урана. А вот бомба из антиматерии превратит в энергию 100 % своей массы.(Точнее, в полезную взрывную энергию в такой бомбе превратилось бы около 50 % вещества. Оставшаяся часть массы была бы унесена в пространство почти необнаружимыми частицами — нейтрино)

Согласно оценке Джеральда Джексона из компании Hbar Technologies, управляемая аннигиляция вещества и антивещества внутри космического корабля могла бы довести его под солнечным парусом до Плутона при расходе всего лишь в 30 мг антивещества. Чтобы долететь до Альфы Центавра, (ближайшей к нам солнечной системе, на расстоянии около 4 световых лет), звездолёту потребуется 17 г антивещества. Теоретические расчёты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70 % от скорости света.

Россия успешно испытала антигравитационный двигатель Леонова

У России нет другого пути развития, как путь научно-технического прогресса, уверен Владимир Леонов

В интервью с русским ученым, лауреатом премии Правительства России Владимиром Леоновым мы сообщали о создании им фундаментальной теории Суперобъединения, которая выводит российскую фундаментальную науку в мировые лидеры.

Тогда же ученый поделился с нами результатами испытаний квантового двигателя с горизонтальной тягой в 50 кг силы в импульсе, прошедшими в 2009 году. Прошло более пяти лет, и мы поинтересовались сегодняшним состоянием дел:

— Владимир Семенович, на Вашем блоге размещены видеролики испытаний 2009 года аппарата с квантовым двигателем внутри. Привод на колеса отсутствует, тем не менее, аппарат передвигается горизонтально за счет внутренних сил. Ваши оппоненты утверждают, что все дело в трении подшипников колес, а в невесомости он работать не будет.

— Чтобы убрать имеющийся скептицизм, мною за эти годы был усовершенствован квантовый двигатель и сделан аппарат с вертикальным взлетом, чтобы убрать «фактор подшипников». В июне 2014 года были успешно проведены его стендовые испытания. При массе аппарата в 54 кг импульс вертикальной тяги составил 500…700 кгс (кг силы) при потребляемой электрической мощности 1 кВт. Аппарат взлетает вертикально по направляющим с ускорением в 10…12g. Этими испытаниями убедительно доказано, что гравитация покорена экспериментально, подтверждая теорию Суперобъединения.

— Вы можете дать сравнительные характеристики квантового двигателя и современного ракетного двигателя?

— На основании стендовых испытаний такие характеристики получены. Для сравнения: современный ракетный двигатель (далее – РД) на 1 кВт мощности создает тягу в 1 Ньютон (0,1 кгс). Опытный образец квантового двигателя (КД) образца 2014 года на 1 кВт мощности создает тягу в 5000 Ньютонов (500 кгс) в импульсе.

Конечно, в непрерывном режиме удельные тяговые характеристики КД уменьшаются. Однако, в импульсном режиме КД уже сейчас в 5000 раз эффективнее РД. Это объясняется тем, что КД, в отличие от РД, не греет атмосферу и космос продуктами сгорания топлива. КД питается электрической энергией.

— Но это же революция в двигателестроении. А как она отразится на космической отрасли?

— Сегодня реактивные двигатели (РД) космических аппаратов достигли своего технического предела. За 50 лет временной импульс их работы увеличен с 220 секунд (Фау-2) всего в 2 раза до 450 секунд (Протон). Импульс работы квантовых двигателей составляет не сотни секунд, а годы. Ракета с РД массой в 100 тонн в лучшем случае несет 5 тонн (5%) полезного груза.

Аппарат с квантовым двигателем в 100 тонн будет иметь квантовый двигатель с реактором в 10 тонн, то есть полезная нагрузка составляет 90 тонн, это уже 900% против 5% у РД.

— А каковы будут скоростные характеристики межпланетных космических кораблей нового поколения?

— Максимальная скорость космического аппарата с квантовым двигателем может достигать 1000 км/с против 18 км/с у ракеты. Но главное, имея длительный импульс тяги, аппарат с КД может двигаться с ускорением. Так, полет до Марса на космическом корабле нового поколения с квантовым двигателем в режиме ускорения ±1g составит всего 42 часа, причем с полной компенсацией невесомости, до Луны – 3,6 часа. Наступает новая эра в космических технологиях.

— А какой источник энергии вы планируете применить для питания квантового двигателя?

— Наиболее перспективным источником энергии является реактор холодного ядерного синтеза (ХЯС), например, по схеме итальянского инженера Андреа Росси, работающего на никеле. Энергоотдача топлива, того же никеля в ядерном цикле, в миллион раз выше, чем у химического топлива, то есть 1 кг никеля в режиме ХЯС выделяет энергии, как 1 миллион кг бензина.

Но в России есть и собственные разработки. Я писал об этом в статье «Комиссия по лженауке и холодный синтез похоронят сырьевую экономику России». Сегодня мы пожинаем плоды этого в виде падения цен на углеводородные энергоносители (Читайте «Россию собираются душить холодным синтезом»)

— Холодный синтез – это отдельная большая тема, а возвращаясь к квантовому двигателю, хотелось бы знать о применении его в авиации.

— Создание универсального двигателя, который мог бы одновременно работать в космосе, в атмосфере, на земле и под водой является первостепенной задачей фундаментальной науки.

Этому требованию удовлетворяет только один двигатель – квантовый. Например, у пассажирского самолета расход топлива турбореактивного двигателя идет на преодоление сопротивления воздуха на высотах 10…12 км, выше он не летает. Установка КД на самолете позволит летать ему на высотах 50…100 км, где сопротивление снижается на порядки, а соответственно и расход традиционного топлива, самолет летит по сути дела по инерции.

При переходе на топливо ХЯС самолет сможет летать годами без дозаправки. За счет увеличения скорости, например, на трассе Москва-Нью-Йорк время полета может быть снижено с 10 часов до 1 часа.

— Ну, прямо фантастика. А что будет с автомобилем?

— Да никакой фантастики нет, есть фундаментальная теория Суперобъединения, которая определяет физические основы новых реакторов ХЯС и квантового двигателя, работающих на новых физических принципах.

Сегодняшний уровень развития науки техники сто лет назад воспринимался бы как фантастика, когда авиация и автомобили только зарождались. А что будет через сто лет?

Уже сейчас установка квантового двигателя на автомобиле в корне изменяет его схему. Имеем корпус автомобиля на колесах и силовую установку с КД. Трансмиссия не нужна. Тягу обеспечивает КД, проходимость колоссальная, колеса не буксуют. Заправка 1 кг никеля в реактор ХЯС позволит легковому автомобилю пробегать 10 миллионов километров без дозаправки, это 25 расстояний до Луны.

Автомобиль будет почти «вечным» – 50…100 лет срок службы. Появятся летающие автомобили с антигравитационной подушкой, способные по воздуху преодолевать водные преграды.

— Вы обрисовали нам идеалистическую картину недалекого будущего. Но кто же это позволит сделать? Транснациональные корпорации, чей бизнес держится на бензине и нефти не допустят такого. Да и 50% бюджета России до санкций Запада наполнялось за счет нефтегазового экспорта.

— Это не так в корне. Все, что сейчас ездит и летает – это прошлый век. Поверьте, пройдет время, и транснациональные корпорации наперегонки побегут осваивать производство новых автомобилей, летательных аппаратов и реакторов. Это правила успешного бизнеса, и они очень жесткие. Кто опоздает к раздаче, тот разорится.

И у России нет другого пути развития, как путь научно-технического прогресса. Сырьевая экономика России оказалась уязвимой от санкционной политики Запада, и это не было секретом. Теперь за санкции мы должны благодарить Запад, что он пробудил Россию. Нам надо буквально 2-3 года, чтобы провести модернизацию и ускоренными темпами обеспечить рост экономики. Дэн Сяопину было 74 года, когда он начал модернизацию Китая и их экономика была в худшем состоянии, Путину – 62.

— Насколько нам известно, вы уже 20 лет работаете над теорией Суперобъединения, квантовым двигателем и реактором ХЯС. Но оказалось так, что итальянец Андреа Росси первым запустил реактор холодного ядерного синтеза. США и Китай также работают на создание квантового двигателя. А не опаздываем ли мы, и кто в России мешает развитию новых энергетических и космических технологий?

— Как это ни парадоксально, но основным противником холодного синтеза и исследований в области антигравитации было и остается руководство Российской академии наук (РАН), а точнее комиссия РАН по лженауке, которая объявила холодный синтез и антигравитацию махровой лженаукой.

Нетрудно доказать, что комиссия РАН по лженауке была специальным проектом извне, когда на фоне борьбы с колдунами и лжецелителями, в РАН были разгромлены все группы ученых-энтузиастов в области ХЯС. К нашему счастью специалисты в области ХЯС не сдались и продолжали работать в «подполье», организуя по инициативе одного из пионеров ХЯС Юрия Бажутова ежегодные конференции по холодной трансмутации ядер. Сейчас готовятся уже к проведению 22-ой конференции. Что касается реактора Росси, то особых секретов у него нет, и его реактор уже бы повторен русским ученым Александром Пархомовым.

Но руки у комиссии РАН по лженауке дотянулись и до военных, до Роскосмоса. Были остановлены работы в области создания аппаратов искусственного тяготения в НИИ космических систем (НИИКС), а один из пионеров нового направления в космическом двигателестроении генерал Валерий Меньшиков отправлен в отставку.

В СМИ была задута компания по дискредитации данных работ (читайте «Возобновление испытаний «Гравицапы» — это пушечный залп по Академии наук»). В итоге было потеряно время, и Роскосмос не смог участвовать в модернизации квантового двигателя.

Добавлю, что в работе КД нет никакого нарушения третьего закона Ньютона. КД создает тягу при взаимодействии с квантованным пространством временем. Китай и США также работают над созданием квантового двигателя. Но их достижения по силе тяги составляют менее 1 грамма против 500 кг у российского КД (читайте «Новый американский двигатель опроверг законы физики»).

— Владимир Семенович, большое Вам спасибо за интересное интервью. А как обстоят дела с бозоном Хиггса?

— Как я и утверждал, бозон Хиггса и его поиски на БАКе – это крупнейшая антинаучная фальсификация. Обещали после открытия бозона Хиггса создать новую физику и решить проблемы квантовой гравитации. Не решили.

А проблемы квантовой гравитации и искусственного управления тяготением успешно решены в теории Суперобъединения, которая и представляет собой новую физику. В основе теории Суперобъединения лежит открытие мною в 1996 году кванта пространства-времени (квантона). Квантон – это нулевой недостающий элемент в таблице Менделеева (атом вакуума Ньютоний), без участия которого не могут формироваться остальные элементы.

— Большое спасибо за Ваше интервью. Будем надеяться что санкции Запала действительно подтолкнут развитие отечественной науки в приоритетных областях.

Книги Владимира Леонова:

1. Leonov V. S. Quantum Energetics. Volume 1. Theory of Superunification. Cambridge International Science Publishing, 2010, 745 pages.

НАСА копает под Ньютона

Первый удар по оппонентам сделали китайские ученые. В 2009 году на принципе Шауэра они создали опытный образец двигателя, который работал и обеспечивал тягу в 720 миллиньютонов. Этого хватит, чтобы обеспечить движения небольшого спутника. Однако научное сообщество посчитало достижение китайских ученых «уткой».

И вот теперь о создании двигателя заявили представители НАСА. Правда, полученная сила тяги не столь велика и составляет всего 30-50 микроньютонов. Ученые пока не могут объяснить, как работает изобретение. Вот как американцы описывают построенный на принципах Шауэра двигатель: «Результаты наших испытаний показывают, что устройство, имеющее замкнутый рабочий объем, представляющий собой резонансную полость, является новым типом электрического двигателя. Сила тяги, создаваемая этим двигателем, не имеет отношения ни к одной фундаментальной силе или известному электромагнитному явлению. То, что заставляет этот двигатель работать, мы можем описать термином «взаимодействие квантовой виртуальной плазмы в вакууме», что, в общем-то, абсолютно не проясняет суть наблюдаемых нами эффектов».

И хотя этот двигатель нарушает законы физики, но, наверное, нельзя просто отмахнуться от того, что он начал работать у двух независимых научных групп. С другой стороны, они могли случайно допустить какую-то ошибку. Поэтому нужны новые эксперименты, которые подтвердят или опровергнут Роджера Шауэра.

Антон Вершовский, доктор физико-математических наук, физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН:

Из того объяснения, которое дают авторы работы, понять ничего нельзя. И все же эта «сенсация» требует пояснений.

1. Прежде всего, надо подчеркнуть, что это сенсационное заявление сделано не официальными представителями НАСА, а одной из лабораторий этого агентства. Она специализируется на «альтернативных» космических движителях. Предыдущие работы руководителя этой лаборатории Уайта относились к движению на сверхсветовых скоростях за счет выворачивания наизнанку пространства-времени (идея двигателя Алькубьерре), но пока они не принесли конкретных результатов. Так что заявление этой лаборатории — это еще не заявление НАСА.

2. Согласно принципам физики, вытянуть себя из болота за волосы нельзя. Такое под силу только Мюнхгаузену. И если замкнутая «коробка» начинает себя толкать в пространстве, значит, или она не совсем замкнута (как бывает в 99, 9999 процента случаев подобных изобретений), или авторам удалось открыть новое фундаментальное взаимодействие. Но за всю историю человечества таких открыто всего четыре, и ожидать нового в ближайшее время вряд ли приходится — настолько точно и тщательно исследован наш физический мир. Тем более трудно ожидать, что пятое взаимодействие будет обнаружено в конструкции, устройство которой не сильно отличается от устройства обыкновенной микроволновой печки.

3. Удивляет разница между ожиданиями и результатами двух разных групп: Роджер Шауэр утверждал, что его двигатель способен развивать тягу в 140 килограммов, китайские ученые получили тягу в 720 мН, а американцы называют 50 мкН, то есть 20 тысяч раз меньшую, чем у китайских коллег. Кстати, 50 мкН — это примерно 0.005 грамма.

4. И здесь важно понять, что столь микроскопический эффект мог быть вызван самыми банальными причинами. Например, микроволновое излучение, которое нагревает резонатор, а вместе с ним нагревает и весы, могло сместить их показания. Или возникает конвекция воздуха вокруг нагретой коробки, она и создает «тягу». А может быть, из-за нагрева создаются токи Фуко, которые взаимодействуют с датчиком весов. Словом, здесь может быть много самых разных факторов, не имеющих никакого отношения к «феномену». Их все нужно устранить и доказать, что они действительно устранены.

5. Это далеко не первый проект «самотолкательного» космического аппарата. Например, давно на слуху наши отечественные «торсионные поля» и «торсионные двигатели», признанные откровенной лженаукой. В общем, пока эта сенсация с двигателем Шауэра ничем не отличается от тысяч предыдущих сенсаций такого рода.