11 апр 2012 
RADIO_VLAD :
RADIO_VLAD : Проект
Читаем наброски.
Оглавление:
1. Суть проблемы.
2. Разработанность проблемы.
3. ЭМУ как решение.
4. Принцип работы ЭМУ.
5. Основные схемы.
6. Действующий образец.
7. Заключение.
Суть проблемы.
В данное время космическая индустрия стремительно развивается. Ученные замахиваются на все более смелые разработки. Одной из главных проблем является стоимость разработок и доставки аппаратов на орбиту и в открытый космос. Лидирующим и в то-же время единственным способом является доставка при помощи ракетоносителей на реактивных двигателях, которые по сути можно назвать одноразовыми. Что является громоздким и сложным способом.
Удельная стоимость доставки одного кг полезной нагрузки на орбиту например с помощью системы "Спейс Шаттл" составляет 2500-3600 долларов. Что является экономически проблематичным учитывая что средняя масса грузов доставляемых на орбиту составляет порядка 5-10т. Суммы получаются действительно "астрономические".
Причем «вес, выводимый на орбиту» и «вес, доставляемый на орбиту» — это разные вещи. Ведь при доставке на орбиту необходимо так-же доставить собственную двигательную установку космического корабля (вместе с топливом для неё), систему управления, сам корпус космического корабля и т. д. Так, например, масса космического корабля «Союз» составляет чуть больше 7 тонн, но до МКС «долетает» обычно всего 2,5 тонны груза из выведенных на орбиту 7 тонн. Отношение массы полезной нагрузки к общей массе космического аппарата является одним из важнейших параметров. Очевидно, что чем лучше это соотношение, тем эффективнее могут быть выполнены задачи миссии. Обычно грузоподъемность ракеты-носителя определяет максимальную массу космического аппарата на орбите. Таким образом, чем меньше весит платформа, тем больше полезного груза может быть доставлено на заданную орбиту.В настоящее время это отношение составляет примерно 18-19% для современных тяжелых телекоммуникационных платформ, таких как Спейсбас или Экспресс 2000. Основной технологической проблемой является энергетическая стоимость повышения орбиты с геопереходной до геостационарной. Космические аппараты должны нести большое количество горючего для повышения орбиты (до 3 тонн и больше).
Так-же существует проблема связанная со скоростью создания ракетоносителей и скорости доставки грузов. Даже ракетоносители у которых налажено серийное производство строятся крайне долго.
Суть проблемы состоит стоимости, сложности, а так-же скорости доставки грузов на орбиту и в открытый космос. Данная тема становится более актуальной с развитием технологий в общем. Т.к. вполне возможно что в будущем будет необходимо доставлять различные грузы на другие планеты и за пределы солнечной системы.
Разработанность проблемы.
Безракетный космический запуск— космический запуск, или способ выведения на орбиту, при котором некоторая или вся необходимая скорость и высота достигается без помощи традиционных ракет, запускаемых с земной поверхности. Предложено множество альтернатив ракетам. Вот немногие из них:
Космический лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на геостационарной орбите. Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году, детальную разработку идея получила в трудах Юрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей.
Космический фонтан — строение по доставке грузов на орбиту. Является альтернативой космическому лифту, который в отличие от космического фонтана должен иметь высоту 36 тысяч километров (высота геостационарной орбиты) и располагаться на экваторе. В отличие от оригинальной конструкции космического лифта, фонтан является чрезвычайно высокой башней, поскольку такая высокая башня не может поддержать свой вес с использованием традиционных материалов, планируется, что этот вес будет поддерживаться следующим образом: внутри башня будет полая, внутри этой полости находятся специальное гранулированное вещество. Это вещество, после передачи ему кинетической энергии, быстро движется вверх от нижней части башни и передает эту энергию в верхней её части, после чего под воздействием силы тяжести падает обратно, это будет удерживать башню от падения. Грузы по космическому фонтану можно поднимать двумя способами: с помощью специальных систем наподобие лифта в зданиях или с потоком гранул.
Космический мост — проект астроинженерного сооружения, неракетный способ выведения грузов на планетарную орбиту с помощью жёсткого или полужёсткого кольца, обезвешивающегося за счёт вращения вокруг земного экватора.По сравнению с космическим лифтом у «моста» есть существенное преимущество — напряжения в конструкции на порядки меньше и вполне по силам существующим конструкционным материалам.На начало XXI века существует несколько версий «космического моста».
Пусковая петля или петля Лофстрома — опубликованный проект системы кабельного транспорта, предназначенного для вывода грузов на околоземную орбиту. В основе проекта лежит закольцованный шнур (петля), непрерывно движущийся с огромной скоростью (12-14 км/сек) внутри вакуумной трубы. Чтобы шнур не соприкасался со стенками трубы, они разделены между собой магнитной подвеской, аналогично тому, как это сделано в магнитоплане. В целом это устройство представляет собой грандиозное сооружение длиной около 2000 км, а сама петля должна подниматься на высоту до 80 км и держаться на ней за счёт момента инерции вращающегося шнура. Вращение шнура по сути переносит вес всего сооружения на пару магнитных подшипников, которые его поддерживают, по одному на каждом конце.
Пусковая петля предназначена для неракетных запусков космических аппаратов весом до 5 тонн с использованием электромагнитного ускорения, как на околоземную орбиту, так и за её пределы. Разгон осуществляется на плоском участке кабеля, который находится за пределами плотной атмосферы.Опубликованная смета расходов на работоспособную пусковую петлю оказалась значительно ниже, чем на космический лифт, при этом предлагаемая система имеет большую производительность запусков, более низкую себестоимость и такую же или даже более высокую грузоподъёмность (полезную нагрузку), чем аналог. В отличие от космического лифта, для неё не потребуется разработка никаких новых материалов.
И наиболее реализуемым является метод запуска объекта в космическое пространство с помощью огнестрельного оружия типа огромной пушки или электромагнитной пушки. Далее рассмотрим его более подробно.
ЭМУ как решение.
Запуск в космос при помощи ЭМУ является наиболее дешевым и осуществимым способом из существующих в данное время. Этот способ действительно «по зубам» науке современного уровня. Отношение массы полезной нагрузки к общей массе космического аппарата будет возможно увеличить до 50% для электромагнитного ускорителя и до 80% для рельсотрона. Пушка будет стрелять количество раз ограниченое лиш износостойкостью материалов. Для выстрела требуется только электроэнергия, которая может вырабатываться класическими атомными электростанциями или другими источниками энергии, вклчая возобновимые. Данный способ позволит доставлять на орбиту грузы за малое время. А так-же через малые периоды, которые будут ограничены только временем зарядки накопителей и перезарядки следующим грузом.
Среди недостатков можно отметить:
Данный способ транспортировки пригоден только для грузов выдерживающих огромные перегрузки, таких как инструменты, продукты питания, электрооборудование. Т.к. время разгона теоретически не ограничено и отсутствует ствол- возможно ускорение с малыми прегрузками, но в таком случае длина ускоряющей части будет достигать сотни километров, что крайне не выгодно.
Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите вокруг Земли. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Тоесть необходимы дополнительные небольшие двигатели или другой способ стабилизации и направления аппарата.
Основные схемы.
Существуют различные способы ускорения снаряда электромагнитным полем. Каждый из них имеет свои недостатки или преимущества. Расмотрим некоторые из них, в частности Рельсотрон и Гауссган. Индуктивная пушка или топмпсоган рассматриватся не будет ввиду нецелесообразности использования.
Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс, принцип действия которого основан на силе Лоренца, превращающей электрическую энергию в кинетическую энергию. Является перспективным оружием; опытные образцы испытываются DARPA в целях планируемого вооружения эсминцев ВМС США.
Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключенных к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение под действием силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи в возбужденном нарастающим током магнитном поле. Сила Лоренца (cила Ампера) действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы.
С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. На снаряд или плазму действует сила Лоренца, поэтому сила тока важна для достижения необходимой индукции магнитного поля и важен ток, протекающий через снаряд перпендикулярно силовым линиям индукции магнитного поля. При протекании тока через снаряд, материал снаряда (часто используется ионизированный газ сзади легкого полимерного снаряда) и рельса должны обладать:
-как можно более высокой проводимостью,
-снаряд — как можно меньшей массой,
-источник тока — как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью.
Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей (скорость снаряда в огнестрельном оружии ограничивается кинетикой проходящей в оружии химической реакции). На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, может использоваться полимер в сочетании с проводящей средой, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов которая заряжается от генератора Маркса, ударных униполярных генераторов, компульсаторов, и прочих источников электрического питания с высоким рабочим напряжением, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки. В тех рельсотронах, где снарядом является проводящая среда, после подачи напряжения на рельсы снаряд разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом, рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется. При этом необходимо учитывать, что движение плазмы, точнее, движение разряда (катодные, анодные пятна), под действием силы Лоренца возможно только в воздушной или иной газовой среде не ниже определенного давления, так как в противном случае, например, в вакууме, плазменная перемычка рельсов движется в направлении обратном силе Лоренца — т. н. обратное движение дуги. При использовании в рельсотронных пушках непроводящих снарядов, снаряд помещается между рельсами, сзади снаряда тем или иным способом между рельсами зажигается дуговой разряд, и тело начинает ускоряться вдоль рельсов. Механизм ускорения в этом случае отличается от вышеизложенного: сила Лоренца прижимает разряд к задней части тела, которая, интенсивно испаряясь, образует реактивную струю, под действием которой и происходит основное ускорение тела.
В феврале 2008 года ВМС США продемонстрировали рельсотрон с дульной энергией 10 МДж и дульной скоростью 2520 м/с (9000 км/час). 10 декабря 2010 года в Центре разработки надводного вооружения ВМС США в Дальгрене, штат Вирджиния было проведено успешное испытание рельсотрона с дульной энергией 33 МДж. В феврале 2012 года близкий к серийному образцу прототип промышленного рельсотрона от BAE Systems был доставлен в Далгерн и испытан на 32 мегаджоулях серийный образец этой системы должен иметь дальность до 180 км, а в перспективе — до 400 км; инженеры разрабатывают системы автоматической подачи снарядов, охлаждения и питания установки.
Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством известным как линейный двигатель.
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. В любительских схемах иногда в качестве снаряда используют постоянный магнит так как с возникающей при этом ЭДС индукции легче бороться. Такой же эффект возникает при использовании ферромагнетиков, но выражен он не так ярко благодаря тому что снаряд легко перемагничивается (коэрцитивная сила).
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.
Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту.
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша?я надежность и теоретически износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.
Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия запасенная в виде магнитного поля никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применят доступные IGBT модули) для размыкания катушки.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД).
Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно теоретически увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно повлияет на область применения установки.
Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, это приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.
В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред что требует дополнительного магнитного экранирования.
Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия и вряд ли перспективы появятся в будущем так как не может составить конкуренцию установкам работающим на других принципах. Теоретически перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К). Однако, установка подобная пушке Гаусса может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок подобных пушке Гаусса на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей) или объектов на земной поверхности.
Действующий образец.
Представляю действующий образец показывающий принцип действия электромагнитного ускорителя.
Характеристики:
Напряжение на накопителях: 0-310В
Энергия накопителей при напряжении 200В: 37,6Дж
Калибр снаряда: 5мм
Через резистивный балласт и выпрямительный диод происходит заряд конденсаторов C1-C4. Переключателем SA1 устройсво приводится в готовность. Кнопкой SB1 производится заряд накопителей, степень которого контролируется показаниями вольтметра. Светодиод HL1 показывает наличие подключения к сети, HL2- готовность устройства, HL3- заряд накопителей. Кнопкой SB2 осуществляется выстрел, посредсвом соединения 1.5В батарейки с управляющим выводом силового тиристора VS1.
При поступлении на управляющий вывод тиристора напряежения, он открывается и соединяет конденсаторы с катушкой. Конденсаторы разряжаются на катушку, в которой создается магнитное поле, втягивающее снаряд. Когда снаряд находится в середине катушки, энергия в накопителях кончается, магнитное поле исчезает, а снаряд продолжает движение.
Заключение.
Электромагнитный ускоритель вполне возможно использовать для космических целей, а в частности для запуска грузов. Он имеет относительно малую стоимость и сложность. А так-же позволяет решить ряд проблем связанных со скоростью доставки. Это довольно перспективная разработка. Но все-же она тормозится уровнем общей науки. Например отсутвием необходимых сверхпроводников. В будущем данная установка возможно будет реализована.
Оглавление:
1. Суть проблемы.
2. Разработанность проблемы.
3. ЭМУ как решение.
4. Принцип работы ЭМУ.
5. Основные схемы.
6. Действующий образец.
7. Заключение.
Суть проблемы.
В данное время космическая индустрия стремительно развивается. Ученные замахиваются на все более смелые разработки. Одной из главных проблем является стоимость разработок и доставки аппаратов на орбиту и в открытый космос. Лидирующим и в то-же время единственным способом является доставка при помощи ракетоносителей на реактивных двигателях, которые по сути можно назвать одноразовыми. Что является громоздким и сложным способом.
Удельная стоимость доставки одного кг полезной нагрузки на орбиту например с помощью системы "Спейс Шаттл" составляет 2500-3600 долларов. Что является экономически проблематичным учитывая что средняя масса грузов доставляемых на орбиту составляет порядка 5-10т. Суммы получаются действительно "астрономические".
Причем «вес, выводимый на орбиту» и «вес, доставляемый на орбиту» — это разные вещи. Ведь при доставке на орбиту необходимо так-же доставить собственную двигательную установку космического корабля (вместе с топливом для неё), систему управления, сам корпус космического корабля и т. д. Так, например, масса космического корабля «Союз» составляет чуть больше 7 тонн, но до МКС «долетает» обычно всего 2,5 тонны груза из выведенных на орбиту 7 тонн. Отношение массы полезной нагрузки к общей массе космического аппарата является одним из важнейших параметров. Очевидно, что чем лучше это соотношение, тем эффективнее могут быть выполнены задачи миссии. Обычно грузоподъемность ракеты-носителя определяет максимальную массу космического аппарата на орбите. Таким образом, чем меньше весит платформа, тем больше полезного груза может быть доставлено на заданную орбиту.В настоящее время это отношение составляет примерно 18-19% для современных тяжелых телекоммуникационных платформ, таких как Спейсбас или Экспресс 2000. Основной технологической проблемой является энергетическая стоимость повышения орбиты с геопереходной до геостационарной. Космические аппараты должны нести большое количество горючего для повышения орбиты (до 3 тонн и больше).
Так-же существует проблема связанная со скоростью создания ракетоносителей и скорости доставки грузов. Даже ракетоносители у которых налажено серийное производство строятся крайне долго.
Суть проблемы состоит стоимости, сложности, а так-же скорости доставки грузов на орбиту и в открытый космос. Данная тема становится более актуальной с развитием технологий в общем. Т.к. вполне возможно что в будущем будет необходимо доставлять различные грузы на другие планеты и за пределы солнечной системы.
Разработанность проблемы.
Безракетный космический запуск— космический запуск, или способ выведения на орбиту, при котором некоторая или вся необходимая скорость и высота достигается без помощи традиционных ракет, запускаемых с земной поверхности. Предложено множество альтернатив ракетам. Вот немногие из них:
Космический лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на геостационарной орбите. Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году, детальную разработку идея получила в трудах Юрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей.
Космический фонтан — строение по доставке грузов на орбиту. Является альтернативой космическому лифту, который в отличие от космического фонтана должен иметь высоту 36 тысяч километров (высота геостационарной орбиты) и располагаться на экваторе. В отличие от оригинальной конструкции космического лифта, фонтан является чрезвычайно высокой башней, поскольку такая высокая башня не может поддержать свой вес с использованием традиционных материалов, планируется, что этот вес будет поддерживаться следующим образом: внутри башня будет полая, внутри этой полости находятся специальное гранулированное вещество. Это вещество, после передачи ему кинетической энергии, быстро движется вверх от нижней части башни и передает эту энергию в верхней её части, после чего под воздействием силы тяжести падает обратно, это будет удерживать башню от падения. Грузы по космическому фонтану можно поднимать двумя способами: с помощью специальных систем наподобие лифта в зданиях или с потоком гранул.
Космический мост — проект астроинженерного сооружения, неракетный способ выведения грузов на планетарную орбиту с помощью жёсткого или полужёсткого кольца, обезвешивающегося за счёт вращения вокруг земного экватора.По сравнению с космическим лифтом у «моста» есть существенное преимущество — напряжения в конструкции на порядки меньше и вполне по силам существующим конструкционным материалам.На начало XXI века существует несколько версий «космического моста».
Пусковая петля или петля Лофстрома — опубликованный проект системы кабельного транспорта, предназначенного для вывода грузов на околоземную орбиту. В основе проекта лежит закольцованный шнур (петля), непрерывно движущийся с огромной скоростью (12-14 км/сек) внутри вакуумной трубы. Чтобы шнур не соприкасался со стенками трубы, они разделены между собой магнитной подвеской, аналогично тому, как это сделано в магнитоплане. В целом это устройство представляет собой грандиозное сооружение длиной около 2000 км, а сама петля должна подниматься на высоту до 80 км и держаться на ней за счёт момента инерции вращающегося шнура. Вращение шнура по сути переносит вес всего сооружения на пару магнитных подшипников, которые его поддерживают, по одному на каждом конце.
Пусковая петля предназначена для неракетных запусков космических аппаратов весом до 5 тонн с использованием электромагнитного ускорения, как на околоземную орбиту, так и за её пределы. Разгон осуществляется на плоском участке кабеля, который находится за пределами плотной атмосферы.Опубликованная смета расходов на работоспособную пусковую петлю оказалась значительно ниже, чем на космический лифт, при этом предлагаемая система имеет большую производительность запусков, более низкую себестоимость и такую же или даже более высокую грузоподъёмность (полезную нагрузку), чем аналог. В отличие от космического лифта, для неё не потребуется разработка никаких новых материалов.
И наиболее реализуемым является метод запуска объекта в космическое пространство с помощью огнестрельного оружия типа огромной пушки или электромагнитной пушки. Далее рассмотрим его более подробно.
ЭМУ как решение.
Запуск в космос при помощи ЭМУ является наиболее дешевым и осуществимым способом из существующих в данное время. Этот способ действительно «по зубам» науке современного уровня. Отношение массы полезной нагрузки к общей массе космического аппарата будет возможно увеличить до 50% для электромагнитного ускорителя и до 80% для рельсотрона. Пушка будет стрелять количество раз ограниченое лиш износостойкостью материалов. Для выстрела требуется только электроэнергия, которая может вырабатываться класическими атомными электростанциями или другими источниками энергии, вклчая возобновимые. Данный способ позволит доставлять на орбиту грузы за малое время. А так-же через малые периоды, которые будут ограничены только временем зарядки накопителей и перезарядки следующим грузом.
Среди недостатков можно отметить:
Данный способ транспортировки пригоден только для грузов выдерживающих огромные перегрузки, таких как инструменты, продукты питания, электрооборудование. Т.к. время разгона теоретически не ограничено и отсутствует ствол- возможно ускорение с малыми прегрузками, но в таком случае длина ускоряющей части будет достигать сотни километров, что крайне не выгодно.
Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите вокруг Земли. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Тоесть необходимы дополнительные небольшие двигатели или другой способ стабилизации и направления аппарата.
Основные схемы.
Существуют различные способы ускорения снаряда электромагнитным полем. Каждый из них имеет свои недостатки или преимущества. Расмотрим некоторые из них, в частности Рельсотрон и Гауссган. Индуктивная пушка или топмпсоган рассматриватся не будет ввиду нецелесообразности использования.
Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс, принцип действия которого основан на силе Лоренца, превращающей электрическую энергию в кинетическую энергию. Является перспективным оружием; опытные образцы испытываются DARPA в целях планируемого вооружения эсминцев ВМС США.
Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключенных к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение под действием силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи в возбужденном нарастающим током магнитном поле. Сила Лоренца (cила Ампера) действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы.
С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. На снаряд или плазму действует сила Лоренца, поэтому сила тока важна для достижения необходимой индукции магнитного поля и важен ток, протекающий через снаряд перпендикулярно силовым линиям индукции магнитного поля. При протекании тока через снаряд, материал снаряда (часто используется ионизированный газ сзади легкого полимерного снаряда) и рельса должны обладать:
-как можно более высокой проводимостью,
-снаряд — как можно меньшей массой,
-источник тока — как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью.
Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей (скорость снаряда в огнестрельном оружии ограничивается кинетикой проходящей в оружии химической реакции). На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, может использоваться полимер в сочетании с проводящей средой, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов которая заряжается от генератора Маркса, ударных униполярных генераторов, компульсаторов, и прочих источников электрического питания с высоким рабочим напряжением, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки. В тех рельсотронах, где снарядом является проводящая среда, после подачи напряжения на рельсы снаряд разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом, рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется. При этом необходимо учитывать, что движение плазмы, точнее, движение разряда (катодные, анодные пятна), под действием силы Лоренца возможно только в воздушной или иной газовой среде не ниже определенного давления, так как в противном случае, например, в вакууме, плазменная перемычка рельсов движется в направлении обратном силе Лоренца — т. н. обратное движение дуги. При использовании в рельсотронных пушках непроводящих снарядов, снаряд помещается между рельсами, сзади снаряда тем или иным способом между рельсами зажигается дуговой разряд, и тело начинает ускоряться вдоль рельсов. Механизм ускорения в этом случае отличается от вышеизложенного: сила Лоренца прижимает разряд к задней части тела, которая, интенсивно испаряясь, образует реактивную струю, под действием которой и происходит основное ускорение тела.
В феврале 2008 года ВМС США продемонстрировали рельсотрон с дульной энергией 10 МДж и дульной скоростью 2520 м/с (9000 км/час). 10 декабря 2010 года в Центре разработки надводного вооружения ВМС США в Дальгрене, штат Вирджиния было проведено успешное испытание рельсотрона с дульной энергией 33 МДж. В феврале 2012 года близкий к серийному образцу прототип промышленного рельсотрона от BAE Systems был доставлен в Далгерн и испытан на 32 мегаджоулях серийный образец этой системы должен иметь дальность до 180 км, а в перспективе — до 400 км; инженеры разрабатывают системы автоматической подачи снарядов, охлаждения и питания установки.
Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством известным как линейный двигатель.
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. В любительских схемах иногда в качестве снаряда используют постоянный магнит так как с возникающей при этом ЭДС индукции легче бороться. Такой же эффект возникает при использовании ферромагнетиков, но выражен он не так ярко благодаря тому что снаряд легко перемагничивается (коэрцитивная сила).
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.
Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту.
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша?я надежность и теоретически износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.
Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия запасенная в виде магнитного поля никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применят доступные IGBT модули) для размыкания катушки.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД).
Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно теоретически увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно повлияет на область применения установки.
Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, это приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.
В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред что требует дополнительного магнитного экранирования.
Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия и вряд ли перспективы появятся в будущем так как не может составить конкуренцию установкам работающим на других принципах. Теоретически перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К). Однако, установка подобная пушке Гаусса может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок подобных пушке Гаусса на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей) или объектов на земной поверхности.
Действующий образец.
Представляю действующий образец показывающий принцип действия электромагнитного ускорителя.
Характеристики:
Напряжение на накопителях: 0-310В
Энергия накопителей при напряжении 200В: 37,6Дж
Калибр снаряда: 5мм
Через резистивный балласт и выпрямительный диод происходит заряд конденсаторов C1-C4. Переключателем SA1 устройсво приводится в готовность. Кнопкой SB1 производится заряд накопителей, степень которого контролируется показаниями вольтметра. Светодиод HL1 показывает наличие подключения к сети, HL2- готовность устройства, HL3- заряд накопителей. Кнопкой SB2 осуществляется выстрел, посредсвом соединения 1.5В батарейки с управляющим выводом силового тиристора VS1.
При поступлении на управляющий вывод тиристора напряежения, он открывается и соединяет конденсаторы с катушкой. Конденсаторы разряжаются на катушку, в которой создается магнитное поле, втягивающее снаряд. Когда снаряд находится в середине катушки, энергия в накопителях кончается, магнитное поле исчезает, а снаряд продолжает движение.
Заключение.
Электромагнитный ускоритель вполне возможно использовать для космических целей, а в частности для запуска грузов. Он имеет относительно малую стоимость и сложность. А так-же позволяет решить ряд проблем связанных со скоростью доставки. Это довольно перспективная разработка. Но все-же она тормозится уровнем общей науки. Например отсутвием необходимых сверхпроводников. В будущем данная установка возможно будет реализована.
372 
0 
0 
0  |  |  |
< Пред.След. >
Комментарии (2)
сам писал? RADIO_VLAD 12 апр 2012
большую часть да, некоторую информацию скопипастил. Вообще заняло около 7 часов без перерывов
0 Для добавления комментариев необходимо авторизоваться
Мир Теней
Народ Тьмы, мастерски владеющий магией или народ...
