Новости

13.02.2010 09:11

Ускорители масс – от скоростного метро до космического полета

Ускорение в магнитном поле за счет силы Лоренца используется не только в экспериментальных пушках, но и в широком спектре промышленных и научных устройств. Сегодня рассмотрим ближайшего родственника рельсовой пушки – пушку Гаусса и ее более мирные производные.

У подобных ускорителей огромный потенциал гражданского применения. Более того, он давно реализован в промышленности и транспортной сфере. В более узком понимании это устройство известно как соленоид и линейный двигатель. Такие двигатели широко применяются в высокоскоростных поездах. Конструктивно линейный двигатель представляет из себя все те же ротор и статор обычного электромотора. Но обмотки ротора неподвижны на пути следования транспортного средства, а обмотки статора вмонтированы в него. В результате при приложении электрического тока ротор, будучи прикреплен, например, к поезду, движет его вдоль рельс – статоров. Живой пример – поезд на магнитной подушке Maglev.

Из экзотических способов применения ускорителей на основе соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов в космос без помощи ракет. Предполагается, что, построив многокилометровый тоннель из одного или нескольких соленоидов, можно обеспечить достаточную для преодоления земного притяжения скорость разгона тела. При этом, в отличие от рельсовой пушки или обычного выстрела на основе теплового расширения газов, запускаемому объекту обеспечивается сравнительно плавное ускорение. Это делает возможной отправку не только сложного и хрупкого научного оборудования, боящегося перегрузок, но так же и человека. Причем, живого! :)

Ускорение в подобных установках можно контролировать увеличением напряжения и силы тока. Ну и фрагментарно отключать поле на многокилометровой установке значительно легче, чем в небольших установках с высокими стартовыми скоростями снаряда. Например, когда разгоняемая капсула достигнет заданной скорости, она не обязательно сделает это в середине тоннеля. Отключение можно произвести на определенном участке, до входа в противоположный магнитный полюс соленоида. Также не исключается возможность применения нескольких катушек и переключения тока между ними.

В обычных условиях располагать подобные комплексы планируется либо глубоко под землей, с направлением шахты строго вверх, либо вдоль склонов высоких гор. В обоих случаях решается проблема опоры гигантских металлических конструкций. Сколько весит многокилометровая катушка медного кабеля и ее опоры, даже не хочется считать. Желающие могут подержать в руках трансформатор, сравнив соотношение веса к размеру :)

Стоит заметить, что более перспективным считается строительство подобных космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация + низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов. Таким образом, космическому аппарату сообщалась бы высокая начальная скорость, а дальше в дело вступают ионные двигатели.

Луна в таком виде превратилась бы в перевалочную базу для дальнейшего освоения Солнечной системы. Или даже в первый земной космопорт. Это, кстати, является одной из причин приоритетного освоения нашего спутника. Если вспомнить, что на Луне практически доказано существование в реголите (лунном грунте) большого количества гелия-3, то все это даже обретает смысл. Поясню для тех, кто не в курсе: Гелий-3 интересен в качестве топлива для управляемого термоядерного синтеза. В земных условиях гелий-3 распространен очень слабо, в атмосфере его содержится 0,000137 %. На Земле гелий-3 добывают только путем искусственного синтеза. Годовой объем производства составляет всего несколько десятков граммов. В то же время в реголите содержание этого изотопа составляет 0,04% или 0,01 грамма на тонну. Чтобы понять энергетическую ценность, достаточно сказать, что при реакции 1 тонны гелия-3 с 0,67 тоннами дейтрия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн. тонн нефти. Принципиальная возможность управляемого термоядерного синтеза на основе гелия-3 подтверждена, однако строительство коммерческого реактора не имеет смысла, поскольку понадобятся сотни килограмм этого топлива, которые при текущих объемах синтеза взять ближайшие 100-200 лет будет негде.

Несложно представить, что гигантские ускорители, питаемые термоядерными реакторами, будут способны разгонять космические аппараты до скоростей, при которых путешествие к отдаленным планетам будет занимать месяцы, а не годы. А если вспомнить, что ускорителю не обязательно быть прямым и тоннель можно построить спиральным, с окончанием в произвольную сторону, то возможности получаются действительно революционными.

 

http://itc.ua/node/44184