Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БОГДАНОВА
ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БОГДАНОВА

ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БОГДАНОВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в двигателях для космических летательных аппаратов. Сущность изобретения: электроракетный двигатель содержит ускоритель 17 заряженных частиц, систему 4 электропитания, источник ионизирующего излучения, расположенный на боковой поверхности двигателя, катушку 1 магнитного поля, выполненную с возможностью создания магнитного поля вне двигателя. Двигатель снабжен источником 5 плазмы, соединенным с каналами 6, 7 для прохода рабочего тела, внутренние стенки 8, 9 которых выполнены в виде электродов и образуют фигуры вращения, соосные катушке магнитного поля. Расстояние от стенок до оси не убывает в направлении выхода рабочего тела. Двигатель содержит нейтрализатор 32, хранилище ядерных зарядов, устройство выбрасывания ядерных зарядов, магнитная катушка соединена с системой накопления, хранения, коммутации и использования энергии магнитного поля для создания тяги. На выходе каналов для прохода рабочего тела установлена система электродов 11, 12, выполненных с возможностью создания электрического поля, параллельного оси двигателя. На верхней торцовой поверхности двигателя выполнен соосный катушке выступ 13, у основания которого расположен дополнительный источник 14 ионизирующего излучения, с двух сторон от которого расположены два электрода 15, 16, имеющие формы фигур вращения, соосных катушке. На боковой поверхности катушки установлены две пары коаксиальных электродов 21, 22, оси которых перпендикулярны оси катушки и взаимно параллельны, каждая пара коаксиальных электродов выполнена с возможностью свободного пролета газа атмосферы вдоль ее оси и соединена с дополнительным источником 26 плазмы, выполненным с возможностью подачи плазмы в межэлектродный зазор коаксиальных электродов, и с источником 23 излучения, выполненным с возможностью ионизации газа атмосферы вдоль оси коаксиальных электродов. 11 з. п. ф-лы, 6 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2046210
Класс(ы) патента: F03H5/00
Номер заявки: 5064411/25
Дата подачи заявки: 05.10.1992
Дата публикации: 20.10.1995
Заявитель(и): Богданов Игорь Глебович
Автор(ы): Богданов Игорь Глебович
Патентообладатель(и): Богданов Игорь Глебович
Описание изобретения: Изобретение относится к двигателям для космических летательных аппаратов и может быть использовано для летательных аппаратов, движущихся в атмосфере.
Изестен ядерный ракетный двигатель, содержащий ядерный реактор и систему подачи жидкого водорода [1] реактивная тяга, в котором создается путем нагрева жидкого водорода в ядерном реакторе за счет ядерной энергии топлива и выбрасывания нагретого газообразного водорода через сопла в окружающее пространство.
Недостатками двигателя являются невозможность использования для создания реактивной тяги вещества внешней среды и малое содержание энергии на единицу массы рабочего тела, которое для жидкого водорода не превышает 107 Дж/кг.
Известен химический ракетный двигатель [1] использующий для создания ракетной тяги химическую энергию сгорающего топлива.
Недостатком его является малое количество энергии, заключенное в единице массы топлива, которое не превышает 1,2 ˙ 107 Дж/кг.
Известен электроракетный двигатель с ядерной энергоустановкой [1] использующий преобразование ядерной энергии топлива в тепловую энергию нагреваемого жидкого водорода, переходящую в электрическую, которая затем используется для создания реактивной тяги в электроракетном двигателе.
Недостатком этого двигателя является малое количество энергии, заключенной в единице массы рабочего тела, при преобразовании ядерной энергии в электрическую, например для жидкого водорода эта величина не превышает 107 Дж/кг. Вследствие этого возникает необходимость брать с собой в момент старта большое количество жидкого водорода или ограничивать мощность ядерной энергоустановки мощностью системы повторного сжижения водорода.
Известен электроракетный плазменный двигатель с рельсовым ускорителем [1] содержащий рельсы, ускоряемый снаряд, источник плазмы. В этом двигателе между двумя рельсами создается разность потенциалов, по ним течет электрический ток, замыкающийся через плазменную перемычку между рельсами. Токи, текущие через рельсы, создают магнитное поле, которое воздействует на ток, текущий через плазменную перемычку, силой Ампера, ускоряющей перемычку вдоль рельсов. Плазменная перемычка за счет этой cилы толкает перед собой ускоряемый снаряд и ускоряет его.
Недостатками этого двигателя являются непредусмотренность ускорения вещества внешней среды в качестве рабочего тела, эрозия и разрушение рельсов во время работы и малая тяга, порядка 10 Н.
Известен ядерный ракетный двигатель с взрывающимися ядерными зарядами малой мощности [2] содержащий металлическую камеру и устройство, выбрасывающее ядерные заряды малой мощности. Реактивная тяга в этом двигателе создается взрывами ядерных зарядов внутри металлической камеры.
Недостатком этого двигателя является малая тяговооруженность, обусловленная большим весом металлической камеры, необходимым для того, чтобы она не испарялась в момент взрыва, а также большим весом сопутствующей системы радиационного охлаждения, вес которой в ядерных энергоустановках, начиная с мощностей порядка 100 МВт, является определяющим ограничением их мощности, превышая вес их остальных компонентов.
Известен двигатель "Солнечный парус" [2] представляющий собой разворачиваемую на большой площади в космическом пространстве тонкую пленку с нанесенным на ее поверхность отражающим покрытием. Реактивная тяга в этом двигателе создается электромагнитным и корпускулярным излучением Солнца, которое падает на его поверхность, поглощается или отражается ею, передает ей при этом часть своего импульса и ускоряет ее.
Недостатками этого двигателя являются сложность разворачивания и ориентации пленки в космическом пространстве, а также то, что реактивная тяга в этом двигателе быстро убывает с ростом расстояния до Солнца, уменьшаясь пропорционально квадрату этой величины.
Известен индукционный электроракетный двигатель [1] содержащий источник плазмы, индукционную катушку и систему электропитания.
Недостатками этого двигателя являются малая тяга, которая, как правило, не более 250 Н, и требование быстродействия смены токов в индукционной катушке, приводящее к быстрому ее нагреву.
Известен электроракетный плазменный Холловский двигатель [3] содержащий систему электропитания, катушку магнитного поля, источник плазмы и ускоряющую систему электродов. В этом двигателе реактивная тяга создается ускорением плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях. Ускоряющий межэлектродный промежуток выбирается таким, чтобы при ускорении ионов электрическим полем они приобретали скорость, при которой их ларморовский радиус вращения превышал размер этого промежутка, и они, вращаясь в магнитном поле, из этого промежутка бы уходили, в то время как электроны дрейфуют перпендикулярно им из-за большего параметра Холла, поддерживая электронейт- ральность.
Недостатком этого двигателя является малая тяга, например 0,65 Г при электрической мощности 22 кВт.
Известен прямоточный электроракетный двигатель [4] содержащий катушку магнитного поля, источник ионизирующего излучения, ускоритель заряженных частиц и систему электропитания. В этом двигателе тяга создается путем ионизации встречного потока источником ионизирующего излучения и выбрасывания впереди двигателя ускорителем заряженных частиц вдоль магнитных силовых линий частиц одного знака электрического заряда. В результате происходит образование объемного электрического заряда во встречном потоке перед двигателем и электрическое заряжание корпуса двигателя зарядом противоположного знака. Эти заряды притягиваются друг к другу. Одновременно происходит растекание объемного заряда встречного потока и его релаксация за счет проводимости среды между объемным зарядом и корпусом двигателя. Магнитное поле катушки увеличивает время релаксации объемного заряда. Среда в области его существования за счет столкновения заряженных частиц с нейтральными преобретает ускорение в сторону двигателя и создает тем самым в течение времени релаксации объемного заряда реактивную тягу. Недостатком двигателя является малая тяга, 13,6 кГ.
Задачей, стоящей перед изобретением, является увеличение тяги и обеспечение возможности использовать для ее создания дополнительных внешних источников рабочего тела.
Указанная задача достигается тем, что электроракетный двигатель, содержащий ускоритель заряженных частиц, систему электропитания, источник ионизирующего излучения, расположенный на боковой поверхности двигателя, катушку магнитного поля, выполненную с возможностью создания магнитного поля вне двигателя, снабжен источником плазмы, соединенным с каналами для прохода рабочего тела, внутренние стенки которых, выполненные в форме электродов, образуют фигуры вращения, соосные катушке, расстояние которых до оси не убывает в направлении выхода рабочего тела, нейтрализатором, хранилищем ядерных зарядов, устройством выбрасывания ядерных зарядов, при этом катушка соединена с системой накопления, хранения, коммутации и использования для создания тяги энергии магнитного поля, на выходе каналов для прохода рабочего тела установлена система электродов, выполненных с возможностью создания магнитного поля, параллельного оси двигателя, совпадающей с осью катушки, на верхней торцовой поверхности двигателя выполнен соосный катушке выступ, у основания которого расположен дополнительный источник ионизирующего излучения, с двух сторон от которого расположены два электрода, имеющие формы фигур вращения, соосных катушке, причем один из электродов расположен на верхней торцовой поверхности катушки, а другой на выступе, на боковой поверхности катушки с противоположных сторон от ее оси установлены две пары коаксиальных электродов, оси которых перпендикулярны оси катушки и взаимнопараллельны, а каждая пара коаксиальных электродов выполнена с возможностью свободного пролета газа атмосферы вдоль ее оси и соединена с дополнительным источником плазмы, выполненным с возможностью подачи плазмы в межэлектродный зазор коаксиальных электродов, и с источником излучения, выполненным с возможностью ионизации газа атмосферы вдоль оси коаксиальных электродов. Двигатель снабжен ядерной силовой установкой. Двигатель снабжен системой повторного сжижения водорода. Катушка выполнена в виде сверхпроводящего соленоида, длина которого меньше его диаметра, и размещена в гелиевом криостате с термоизоляцией. Источник плазмы соединен с устройством для засасывания вещества внешней среды, выполненным с возможностью охлаждения системы электропитания. Внешний электрод каждой пары коаксиальных электродов выполнен с возможностью экранировать внешнее магнитное поле в межэлектродном зазоре. Двигатель снабжен отталкивающим устройством, выполненным с возможностью отсоединения части двигателя, расположенной над катушкой, от остальной части двигателя, разведения отделенных частей вдоль оси двигателя и их соединения обратно. Двигатель снабжен отталкивающим устройством, выполненным с возможностью отсоединения части двигателя, включающей элементы, расположенные внутри сквозного осевого отверстия катушки и над катушкой, от остальных элементов двигателя, разведения отделенных двух частей вдоль оси двигателя и их соединения. На торцовых поверхностях двигателя установлено по два наружных электрода, через межэлектродные зазоры которых проходит ось двигателя, выполненные с возможностью свободного пролета сквозь них частиц. Двигатель снабжен источником тугоплавких дисперсных частиц из материала с малой работой выхода. Источник тугоплавких дисперсных частиц выполнен в виде плазмохимического реактора. Электроракетный двигатель содержит по крайней мере два листа, присоединенных послойно к нижней торцовой поверхности двигателя, выполненных из материала, ослабляющего электромагнитное и нейтронное излучение со спектром ядерного взрыва, и систему, обеспечивающую возможность поочередного отсоединения листов от двигателя.
Такое конструктивное решение позволяет увеличить тягу и обеспечивает возможность создавать ее за счет ускорения не только рабочего тела, взятого с собой в момент старта, но и дополнительных внешних источников рабочего тела. При движении в атосфере используется газ атмосферы, при движении в радиационных поясах частицы, образующие эти пояса, при движении в межпланетном пространстве плазма солнечного ветра. Применение индуктивного накопителя энергии при старте с планеты, обладающей атмосферой, позволяет снизить расход рабочего тела, взятого с собой в момент старта, до минимума и повысить удельное энергосодержание энергоустановки двигателя на единицу ее массы, включая массу взятого с собой рабочего тела и охлаждающих сжиженных газов. При этом энергосодержание индуктивного накопителя энергии на единицу массы его обмотки может быть достигнуто порядка 4 ˙ 109 Дж/кг, исходя из параметров существующих на сегодняшний день индуктивных накопителей энергии на энергию 4,6 ˙ 1013 Дж, причем, поскольку объем, а следовательно, и масса индуктивного накопителя энергии пропорциональна энергии в степени 3/5, то в перспективе эта зависимость позволяет, линейно увеличивая массу катушки магнитного поля, нелинейно более быстро поднимать ее удельное энергосодержание. При этом расходы энергии на охлаждение криостата пропорциональны площади его поверхности, а значит, объему и массе в степени 2/3. Поэтому расходы энергии на охлаждение криостата пропорциональны запасенной энергии в степени 2/5 и, следовательно, не могут принципиально ограничить величину запасенной энергии. При работе системы электропитания в режиме коммутации и использования для создания тяги энергии, запасенной катушкой, требуется меньшая мощность системы радиационного охлаждения, чем в случае ее работы в режиме перехода тепловой энергии ядерного реактора в электрическую, что позволяет снизить вес теплообменника-излучателя не менее чем на 60% при том же уровне электрической мощности. При этом может быть реализована возможность полетов на запасенной в катушке энергии с выключенным на время ядерным реактором от небесного тела к небесному телу, включая его в режиме большой мощности для накопления энергии магнитного поля на планетах, их спутниках или астероидах, используя для охлаждения ядерной силовой установки системы электропитания воду, лед и океаны сжиженного газа, например аммиака и метана. Это дает принципиальную возможность увеличить мощность энергоустановки и тяговооруженность двигателя во время полета в космическом пространстве, уменьшая выделение ею тепла, поскольку вес теплообменников-излучателей является определяющим при электрической мощности в ядерных энергоустановках более 100 МВт и превышает вес остальных их элементов, а проблема радиационного охлаждения на сегодняшний день развития космической техники является главным ограничением на мощность ядерных энергоустановок при работе в открытом космосе. Применение ядерных зарядов для создания реактивной тяги позволяет поднять удельное энергосодержание и рабочего тела, и топлива одновременно на единицу их массы до величины порядка 1011 Дж/кг, при этом преобразование ядерной энергии топлива в кинетическую энергию рабочего тела происходит вне двигателя в области создаваемого им магнитного поля, что ведет к уменьшению его нагрева. Дополнительно ядерные взрывы в магнитном поле создают мощные электрические поля, параллельные оси двигателя, которые вытягивают и ускоряют ионы и дисперсные тугоплавкие частицы, одновременно заряжая их положительным электрическим зарядом, причем в перспективе возможно использование этих полей для аккумулирования электрической энергии, использование ее для создания реактивной тяги и незначительного ускорения двигателя во внешних космических электрических полях, например полях магнитопаузы Земли. Двигатель имеет возможность создавать небольшую фотонную тягу от внешних источников электромагнитного излучения, например Солнца. Гамма-излучение ядерного взрыва позволяет вырабатывать и запасать двигателем электроэнергию путем выбивания гамма-квантами комптон электронов в расположенных вне двигателя конденсаторах. Двигатель имеет возможность создавать реактивную тягу в электропроводящей жидкости, например морской воде, что позволяет использовать его при приводнении космических кораблей для их самостоятельной буксировки. Двигатель может использоваться для систем кораблей многоразового использования типа "Спэйс Шатлл", челночных рейсов в атмосфере для вывода за ее пределы и возвращения из космоса космических кораблей. При этом возможна работа двигателя полностью на энергии катушки, запасаемой на Земле перед каждым полетом. Побочным эффектом работы двигателя в земной атмосфере является генерация озона за счет ионизации кислорода воздуха, что ведет к уменьшению озоновых дыр, в то время как использование традиционных химических ракетных двигателей наоборот выжигает озон и приводит к образованию локальных озоновых дыр в районах космодромов. Дополнительно двигатель позволяет уменьшить радиационное облучение полезного груза при прохождении радиационных поясов планет за счет отклонения частиц, составляющих эти пояса, магнитным полем катушки, а радиационное облучение полезного груза в момент взрыва ядерного заряда уменьшается за счет отделения полезного груза и удаления его на безопасное расстояние от катушки магнитного поля. Для старта и посадки космических кораблей, оснащенных двигателем, не требуются специально оборудованные космодромы, что очень значительно упрощает их эксплуатацию, делая полеты на них экономически более выгодными, чем полеты на кораблях с традиционными двигательными установками.
Не обнаружено технических решений, выполняющих поставленную задачу аналогичными техническими средствами.
На фиг. 1 изображен электроракетный двигатель, разрез в плоскости его оси; на фиг.2 тот же двигатель, вид серху; на фиг.3 тот же двигатель, основной вид; на фиг.4 он же, вид сбоку; на фиг.5 изображено отталкивающее устройство второго типа в момент разъединения частей двигателя с полезным грузом и с катушкой магнитного поля; на фиг.6 показана схема размещения электроизолированных, электроприводящих листов, при которой они в момент ядерного взрыва запасают электроэнергию.
Катушка 1 магнитного поля (фиг,1) соосна с осью симметрии двигателя, выполнена в виде сверхпроводящего соленоида, длина которого меньше его диаметра, помещена в криостат 2 и соединена с системой запитки и коммутации энергии катушки магнитного поля, совпадающей с системой 3 накопления, хранения, коммутации и использования для создания тяги энергии магнитного поля. В катушке предусмотрена возможность создания магнитного поля вокруг всего двигателя и работы ее в качестве индуктивного накопителя энергии, включая возможность накопления, хранения и использования для создания тяги энергии ее магнитного поля.
Криостат 2 выполнен с возможностью охлаждения катушки до температур, не превышающих 4,2 К, с последующей термоизоляцией и терморегулированием, например он снабжен криогенной установкой и содержит несколько вложенных друг в друга сосудов со сжиженными газами, у которых различные температуры кипения, окружающих сосуд с жидким гелием. Один из них содержит жидкий водород, и предусмотрена возможность использования этого сжиженного газа как рабочего тела для системы электропитания и источника плазмы.
Система накопления, хранения, коммутации и использования для создания тяги энергии магнитного поля соединена с системой 4 электропитания, выполненной в виде трехрежимной ядерной силовой установки, в которой предусмотрена возможность сжижения водорода, последующего повторного использования его для выработки электроэнергии или направления нагретого в ядерном реакторе водорода в источник плазмы, каналы для прохода рабочего тела и охлаждения топливно-энергетического цикла теплообменников- излучателем.
Источник 5 плазмы установлен в области сквозного осевого отверстия катушки магнитного поля. Там же установлены каналы 6, 7 для прохода рабочего тела, соединенные с ним, внутренние стенки которых, выполненные в виде электродов 8, 9, 10, образуют фигуры вращения, соосные катушке, расстояние которых до оси не убывает в направлении выхода рабочего тела. На выходе каналов установлены электроды 11, 12, выполненные в виде колец, радиусы которых последовательно совпадают с радиусами наиболее близких к ним стенок каналов с возможностью создания в их межэлектродном зазоре электрических полей, параллельных оси двигателя.
Корпус двигателя имеет осесимметричный выступ 13, соосный с осью двигателя, например выполненный в виде полусферы, расположенный со стороны катушки магнитного поля, противоположной выходу каналов для прохода рабочего тела. У основания выступа расположен дополнительный источник 14 ионизирующего излучения, например источник электронов, имеющий осесимметричное распределение ионизирующего излучения вдоль поверхности двигателя. Система электропитания выполнена таким образом, чтобы входящий в ее состав ядерный реактор имел возможность излучать часть своего ионизирующего излучения в виде нейтронов и гамма-квантов в ту же область. Дополнительный источник ионизирующего излучения расположен между электродами 15, 16, соосными катушке, выполненными из электроизолированных друг от друга сегментов с возможностью самостоятельного, автономного подвода электроэнергии отдельно к каждому сегменту. Электрод 15 имеет форму кольца, расположен над верхней поверхностью катушки и криостата, в который она помещена. Электрод 16 имеет форму поверхности вращения, расположен на поверхности выступа 13 в его нижней части.
В верхней части выступа расположен ускоритель 17 заряженных частиц. При выборе знака ускоряемых частиц конкурируют два фактора. Желательно, чтобы это были положительно заряженные частицы, но ускорители ионов и позитронов технически более сложны и выбрасывают в процессе ускорения меньший суммарный электрический заряд, чем ускорители электронов. На выбор знака ускоряемых заряженных частиц оказывает существенное влияние величина электрического поля атмосферы. Ускоритель заряженных частиц выполнен с возможностью выбрасывать заряженные частицы вверх под углом к оси двигателя примерно равномерно вдоль кольца над верхней поверхностью криостата над электродом 15 с рассеиванием их дефокусирующими электродами на выходе из ускорителя, а также с возможностью направлять частицы в другом режиме работы вперед двигателя. Ускоритель может быть выполнен либо в виде ускорителя ионов, например изохронного циклотрона, либо в виде ускорителя позитронов, например микротрона с электрон-позитронным конвертером, либо в виде ускорителя электронов, например микротрона. Во всех случаях конструкция ускорителя заряженных частиц должна выгодно использовать магнитное поле катушки для создания в ускорителе поля нужной конфигурации. Так, в изохронном циклотроне вместо магнита установлены только спиральные ферромагнитные изохронные накладки, в микротроне вместо магнита установлены только ферромагнитные накладки с возможностью выравнивания между ними магнитного поля от его внешнего источника, в данном случае от катушки 1 магнитного поля. Выводное устройство ускорителя заряженных частиц имеет выходное окно из металлической мембраны, симметрично окружающее его в форме кольца.
В выступе 13 размещено устройство 18 для засасывания вещества внешней среды, например насос с герметическими клапанами, соединенный каналами 19, 20 для прохода вещества внешней среды с источником 5 плазмы, выполненными с возможностью охлаждения системы 4 электропитания и с возможностью закрывать и открывать выходы этих каналов в источник 5 плазмы, например, с помощью клапанов.
На боковой поверхности криостата 2 рядом с боковой поверхностью катушки, с противоположных сторон от оси двигателя установлены две пары коаксиальных электродов 21, 22, оси которых перпендикулярны этой оси и взаимно параллельны. Внешний электрод каждой пары выполнен с возможностью экранирования внешнего магнитного поля в межэлектродном зазоре, например он выполнен из магнитомягкого материала. Катод выполнен эмиссионным. Вдоль оси коаксиальных электродов в межэлектродном зазоре выполнено сквозное отверстие с возможностью свободного пролета частиц сквозь него. Каждая пара коаксиальных электродов соединена с источником 23 излучения, выполненным с возможностью ионизовать газ атмосферы вдоль их оси. Например, он содержит источник 24 узконаправленного ионизирующего излучения, например, рентгеновского с энергией гамма-квантов 10 МэВ, и мощный СВЧ-генератор 25, выполненный с возможностью вызывать электрический пробой газа атмосферы около своего выходного отверстия, которое ограничено по периметру линиями распространения излучения источника 24 ионизирующего излучения, расстояние между выходными окнами которого меньше длины волны излучения СВЧ-генератора. Каждая пара коаксиальных электродов соединена с дополнительным источником 26 плазмы, выполненным с возможностью направлять плазму в межэлектродный зазор этих электродов.
Вокруг боковой поверхности криостата, а следовательно и катушки, по его периметру расположен источник 27 ионизирующего излучения, например источник электронов, выполненный с возможностью ионизации газа атмосферы вокруг периметра криостата раздельно для каждого полупространства расположенных со стороны входа и со стороны выхода пар коаксиальных электродов, т.е. спереди и сзади от катушки по направлению движения двигателя. Поверхность двигателя в области расположения источника 27 ионизирующего излучения выполнена электроизолированной также, как и между электродами 15, 16. Она может быть выполнена из электроизолированных проводящих участков, например металлических мембран источников электронов, разделенных электроизоляцией, так, чтобы была исключена возможность протекания по ней поверхностных токов.
Вне корпуса двигателя установлены наружные электроды 28, 29 с верхней стороны от катушки магнитного поля и наружные электроды 30, 31 с нижней стороны от нее, выполненные в виде сеток с возможностью свободного полета частиц сквозь них, создания электрического поля перпендикулярно оси двигателя, компактного хранения их либо в прижатом к поверхности двигателя состоянии, либо внутри него и разворачивания их в космическом пространстве снаружи двигателя так, чтобы внутри них оказывалась ось двигателя.
Около сквозного центрального отверстия катушки с нижней стороны от нее установлен нейтрализатор 32, выполненный с возможностью отодвигаться от электродов 11, 12 вдоль оси двигателя, соединяясь с двигателем кабелем, рассстояние которого до оси двигателя в центральной части кабеля больше, чем на его концах. Рядом установлены устройство 33 выбрасывания ядерных зарядов, например катапульта, и хранилище 34 ядерных зарядов. Мощность используемых ядерных зарядов определяется из условия, что энергия ядерного взрыва должна быть много меньше магнитной энергии, запасенной в катушке. Например, при запасенной в катушке энергии 4 ˙ 1015 Дж используются термоядерные заряды с энергией взрыва 10 кт. Более предпочтительными являются термоядерные заряды мощностью 100 кт, поскольку для них выше отношение энергии взрыва к весу ядерного заряда, но для них уже требуется катушка с запасенной магнитной энергией не менее 10 17 Дж. Энергия взрыва 10 кт эквивалентна примерно 4 ˙ 1013Дж. В перспективе следует стремиться к увеличению мощности применяемых термоядерных зарядов и к росту накопленной в катушке энергии за счет увеличения ее размеров, поскольку и там возникает нелинейное увеличение отношения энергии к весу. Перспективным является также применение ядерных зарядов, мощность и вес которых максимально уменьшены за счет использования вещества с малой критической массой, в качестве которого можно рекомендовать калифорний 251, критическая масса которого в случае сферической симметрии делящегося вещества и водяного отражателя нейтронов составляет 10 г. В случае применения таких зарядов может быть использована катушка с уменьшенными размерами, массой и запасенной магнитной энергией. Делящееся вещество для создания ядерных зарядов можно получать непосредственно при работе ядерного реактора системы электропитания двигателя. Например, калифорний 251 может получаться при работе ядерного реактора на плутонии.
Около сквозного осевого отверстия катушки установлен источник 35 тугоплавких дисперсных частиц из материала с малой работой выхода, температура плавления которых не менее 2000 К, работа выхода не более 3,5 эВ, размер не более 50 нм. В качестве материала таких частиц может быть рекомендован оксид кальция. Источник таких частиц может быть выполнен, например, в виде плазмохимического реактора или в виде устройства, выбрасывающего реагенты для плазмохимических реакций, ведущих к синтезу таких частиц, при нагреве этих реагентов излучением со спектром ядерного взрыва до температур, при которых часть реагентов превращается в плазму и протекает такая плазмохимическая реакция. Источник этих частиц выполнен с возможностью инжекции их вниз от двигателя вдоль его торцовой поверхности и по направлению к его оси.
На нижней торцовой поверхности криостата 2 установлены листы 36, 37 из материала, ослабляющего электромагнитное и нейтронное излучение со спектром ядерного взрыва. Лист имеет толщину 25 мкм, из них 5 мкм приходится на нижний слой из материала, отражающего оптическое излучение, например из молибдена, выполненного в виде фольги, к которой просто прижаты другие два слоя: средний толщиной 15 мкм из материала, ослабляющего нейтронное излучение, например, берилия, на который напылен методом плазмохимического напыления верхний слой тугоплавкого материала с малой работой выхода, например оксида берилия, одновременно являющегося электроизолятором. Лист армирован высокопрочным материалом в виде сетки, например, из кремнехромомарганцовистой стали толщиной порядка 1 мм. Нижний слой
более удален от двигателя, чем остальные. Листы крепятся к нижней поверхности криостата системой, обеспечивающей возможность поочередного отсоединения листов от двигателя, например она содержит держатели 38, 39, представляющие собой зажимы, часть которых держит, например, четные листы по отношению к произвольной послойной нумерации листов и заряжает их электрическим зарядом, выполненные с возможностью отпускать их по одному, часть держит нечетные, выполненные с возможностью заряжать их также электрическим зарядом и отпускать по одному. Держатели могут, например, держать сетку, которой армирован каждый лист в отдельности. Часть из них выполнена с возможностью держать и отпускать все четные листы, в то время как другая часть отпускает или соответственно держит все нечетные листы и наоборот так, чтобы крайний снизу лист оказывался свободным, а последующий ограничивал свободу перемещения остальным. В области нахождения зажимов в листах сделаны отверстия, площадь которых пренебрежимо мала по сравнению с площадью листов.
Двигатель снабжен отталкивающим устройством 40, выполненным с возможностью обеспечения отсоединения части двигателя, расположенной над катушкой, от остальной части двигателя, разведения отделенных частей двигателя вдоль оси двигателя и их соединения обратно. Отталкивающее устройство может быть выполнено также с возможностью обеспечения отсоединения части двигателя, включающей элементы, расположенные внутри сквозного осевого отверстия катушки и над катушкой, от остальных элементов двигателя, разведения отделенных двух частей вдоль оси двигателя и их соединения.
Если между разъединяемыми частями двигателя нет механического контакта после разведения в стороны, кроме, возможно, нескольких тросов, то такое устройство называют отталкивающим устройством первого типа, но в этом случае между разъединяемыми частями может остаться электрический контакт в виде кабеля. Это устройство содержит сверхпроводящий соленоид 41, выполненный с возможностью запитки его токами в разные моменты времени противоположных направений, ускорители 42, 43 заряженных частиц, например резонансные ускорители электронов и ионов, отделяемые вместе с элементами двигателя, расположенными внутри сквозного отверстия катушки, и ускорители 44, 45 заряженных частиц, отделяемые вместе с другой частью, хотя бы один из которых является ускорителем электронов, причем хотя бы на одной из отделяемых частей должны быть ускорители частиц обоих знаков.
Если между разъединяемыми частями двигателя механический контакт остается, то такое устройство называется отталкивающим устройством второго типа. Оно изображено на фиг.5 в момент разъединения частей 48, 49 двигателя, содержащих полезный груз и катушку магнитного поля соответственно. Отталкивающее устройство второго типа содержит заряжаемые пластины 50, 51, 52, соединенные подвижной оболочкой 53 друг с другом и с разъединяемыми частями двигателя, выполненной электроизолированной с возможностью растягиваться и сжиматься вдоль оси двигателя, например она может быть выполнена в виде гармошки или сильфона. Заряжаемые пластины выполнены с возможностью заряжаться электрическим зарядом как одного знака одновременно все, так и попеременно зарядами разных знаков. Заряжаемые пластины установлены вдоль оси двигателя, их плоскости перпендикулярны ей. Ориентировочная длина подвижной оболочки в растянутом состоянии примерно 200 м, средняя толщина примерно 0,1 мм. Подвижная оболочка выполнена из прочностного каркаса, на который натянута пленка. Предусмотрена возможность наполнения оболочки газом с высоким напряжением пробоя с возможностью в дальнейшем направлять его в источник 5 плазмы для создания тяги. Полезный груз 46, например каюты для экипажа, установлен внутри выступа 13 и окружен магнитным экраном 47, выполненным из магнитомягкого материала.
На фиг. 6 изображена схема расположения электроизолированных, электропроводящих листов, при которой они во время ядерного взрыва запасают электроэнергию. К двигателю со стороны нижней торцовой поверхности катушки магнитного поля прикреплены электропроводящие, электроизолированные листы 55, 56, соединенные с системой, запасающей и использующей накопленную в них электроэнергию. Форма листов может быть разнообразной. Например, они могут быть параллельны друг другу и перпендикулярны оси двигателя. Они могут быть также выполнены в виде сегментов сфер, центры которых лежат на оси двигателя.
Двигатель работает следующим образом.
Катушка 1 магнитного поля запасает энергию магнитного поля, создает магнитное поле в области своего сквозного осевого отверстия и вне двигателя в окружающем его пространстве. Криостат 2 охлаждает ее до температуры, не превышающей 4,2 К, и поддерживает эту температуру. Криостат содержит рабочее тело для элементов двигателя, ускоряющих его, например жидкий водород и жидкий азот. Система 3 накопления, хранения, коммутации и использования для создания тяги энергии магнитного поля выполняет перечисленные функции по отношению к энергии, накопленной в катушке. Система 4 электропитания вырабатывает электроэнергию за счет топливно-энергетических циклов в ядерной силовой установке, запитывает выработанной электроэнергией катушку, перераспределяет энергию между всеми элементами двигателя, перераспределяет между элементами двигателя преобразованную магнитную энергию, запасенную в катушке, подает нагретое в своей ядерной силовой установке рабочее тело, например азот или водород, в источник 5 плазмы или непосредственно в каналы 6, 7 для прохода рабочего тела. Источник 5 плазмы дополнительно нагревает и ионизирует поступающее в него рабочее тело, например, потоками электронов малых энергий и направляет образованную плазму в каналы 6, 7 для прохода рабочего тела, в которых происходит их дальнейшее ускорение. Источник плазмы может также содержать систему подачи компонентов для химических реакций, продукты которых также ионизируются, а выделяемое при реакциях тепло используется для нагрева плазмы. Электродами 8, 9, 10 в каналах создается электрическое поле, перпендикулярное их поверхностям. В плазме текут радиальные электрические токи, создающие азимутальное магнитное поле, которое воздействует на эти токи выталкивающей объемной силой Ампера, направленной к выходу каналов. В свою очередь магнитное поле катушки также воздействует на эти токи объемной силой Ампера, приводящей плазму во вращение вокруг оси двигателя. Под действием центробежных сил плазма растекается в сторону от оси, скользя вдоль наклонных стенок каналов по направлению к их выходу. Возникает дрейфовый Холловский электронный ток, на который магнитное поле катушки воздействует силой Ампера, ускоряющей плазму к направлению выхода каналов. Присутствует тепловое расширение нагретой плазмы, которое также ускоряет ее к выходу из каналов. Энергия ускоренного потока зависит от величины прилагаемого к электродам напряжения.
В режиме работы двигателя, когда нужны большой удельный импульс и малая тяга, электроды 11, 12 создают электрическое поле, параллельное оси, ускоряющее положительно заряженные ионы и дисперсные частицы из материала с малой работой выхода, которые при этом также заряжаются положительно. Ионы поступают из источника 5 плазмы, а дисперсные частицы образуются, например, во время эрозии каналов. Во время старта в атмосфере планеты рабочее тело ускоряется в каналах в режиме наибольшей тяги и наименьшего удельного импульса. Рабочее тело используется с большим атомным весом, например азот или аргон. Возможно использование ядерной силовой установки для подачи нагретого без дополнительной ионизации рабочего тела и использования для создания тяги его теплового давления. В то же время источник плазмы подает ионизованный газ, который перемешивается с газом из ядерного реактора, закручивается в скрещенных магнитном и электрическом полях и ускоряется вдоль оси двигателя. Также возможна подача в зазоры комопнентов для химических реакций, которые там выделяют тепло и увеличивают тепловое давление. Этот режим осуществляется непродолжительное время, требующееся на подъем двигателя за счет ракетной тяги на высоту нескольких метров, и поэтому не требует дополнительных затрат на охлаждение двигателя. Вокруг выступа 13 источник 14 ионизирующего излучения ионизирует газ атмосферы над поверхностью криостата 2 между электродами 15, 16 и вдоль боковой поверхности выступа. Электроды 15, 16 создают между собой электрическое поле, которое имеет составляющую, перпендикулярную силовым линиям катушки. Электрическое поле атмосферы планеты перпендикулярно этим магнитным силовым линиям над поверхностью криостата. Ускоритель 17 заряженных частиц выбрасывает заряженные частицы под углом вверх вдоль образующих воображаемого конуса над поверхностью криостата. В области выброса этих частиц формируется объемный заряд, форма которого напоминает тор. Между этой областью и верхней поверхностью криостата в течение времени релаксации объемного заряда существует обусловленное разделением электрических зарядов электрическое поле, перпендикулярное магнитным силовым линиям. Под действием равнодействующей этих трех электрических полей, имеющих составляющую, перпендикулярную магнитному полю, ионизованный газ атмосферы над верхней поверхностью криостата, вокруг выступа и между электродами 15, 16 приходит в дрейфовое холловское вращение. Если ускоритель 17 заряженных частиц выбрасывает положительно заряженные частицы, то создаваемые ими поля направлены в ту же сторону, что и поле атмосферного электричества, а если отрицательно заряженные то противоположно направлено. Вращающийся газ атмосферы за счет центробежных сил растекается в сторону от оси вращения, совпадающей с осью двигателя. При этом за счет динамического трения весь газ атмосферы около верхней поверхности криостата начинает вращаться и выталкиватель за пределы области вращения окружающие его слои, создавая около выступа над верхней поверхностью криостата область разрежения, в которой плотность частиц и давление меньше, чем в окружающей атмосфере. Под нижней поверхностью криостата давление выше атмосферного, поскольку газ атмосферы значительно теплее за счет выброса ускоренного рабочего тела из каналов 6, 7. Возникает разность давлений под нижней и над верхней поверхностями двигателя. При этом вращение газа сверху и снизу от двигателя происходит в разные стороны, чего можно добиться выбором направлений электрических полей между электродами. Возникает турбулентное восходящее движение газа атмосферы снизу вверх, создающее некоторую подъемную силу для двигателя, стабилизирующую его взлет и посадку. Растекающийся над верхней поверхностью криостата газ атмосферы движется по винтовой линии, по спирали вверх, огибает область разрежения и устремляется к оси двигателя, возле которой он перемещается вниз к двигателю за счет перепада давлений, направляясь к устройству 18 для засасывания вещества внешней среды, которое засасывает его в каналы 19, 20 для прохода вещества внешней среды, по которым оно проходит внутрь системы электропитания, испытывает тепловой контакт с ней, охлаждает ее, нагреваясь при этом, поступая затем в источник плазмы и в каналы 6, 7 для прохода рабочего тела. Здесь оно либо ускоряется описанным выше способом для рабочего тела, либо предварительно не ионизируется и просто охлаждает каналы для прохода рабочего тела.
Устройство для засасывания вещества внешней среды может работать в два такта. На первом такте вещество внешней среды заполняет каналы 6, 7 для прохода рабочего тела. Источник 5 плазмы ионизирует рабочее тело, которым в данный момент является вещество внешней среды, находящееся в нем, и выбрасывает его в каналы для прохода рабочего тела, например, за счет большего теплового давления. Электроды 8, 9, 10 создают электрические поля, перпендикулярные магнитным силовым линиям катушки. В скрещенных электрическом и магнитном полях плазма приходит во вращение, центробежные силы выталкивают ее в направлении от оси двигателя, плазма давит на неионизованные или слабоионизованные массы вещества внешней среды, которые за счет этого выталкиваются из каналов для прохода рабочего тела и создают тем самым реактивную тягу. Масса сильноионизованной плазмы, которая непосредственно ускоряется в скрещенных электрическом и магнитном полях, может быть много меньше массы неионизованного и слабоионизованного газа, который затем выталкивается ускоренной сильноионизованной плазмой из каналов для прохода рабочего тела. Во время первого такта выходы каналов для прохода вещества внешней среды закрыты. Сильноионизованная плазма в скрещенных электрическом и магнитном полях полностью выталкивается за счет центробежных сил из каналов для прохода рабочего тела. В этих каналах и в источнике 5 плазмы образуется область пониженного давления (область разреженного газа). Выходы каналов для прохода вещества внешней среды во время второго такта открываются. Находящееся в них вещество внешней среды за счет разницы в давлениях поступает в источник плазмы и в каналы для прохода рабочего тела, полностью заполняя их. Вещество внешней среды вне двигателя перемещается вдоль его оси вниз и засасывается устройством для засасывания вещества внешней среды в каналы для его прохода (за счет изменения давления в них, которое становится меньше, чем во внешней среде). Выходы каналов для прохода вещества внешней среды закрываются. Снова начинается первый такт и т.д. В источнике плазмы во время первого такта может ионизироваться как вещество внешней среды, так и другое рабочее тело, например водород, поступающий из ядерного реактора. Каналы для прохода рабочего тела могут охлаждаться также разделенными компонентами для химических реакций, которые раздельно могут проходить вдоль них или внутри дополнительных охлаждающих каналов, сделанных в электродах 8, 9, 10, а потом вступать в реакцию вне этих каналов, создавая тягу. По охлаждающим каналам может проходить и жидкий водород, испаряясь при нагреве стенками.
Реализация такого способа создания реактивной тяги позволяет осуществлять неподвижное зависание и перемещение по вертикали в плотных слоях атмосферы. При движении по горизонтали в атмосфере ее газ наполняет собой межэлектродные зазоры каждой пары коаксиальных электродов 21, 22. Внешний электрод каждой пары экранирует внешнее магнитное поле, например поле катушки. В межэлектродном зазоре создается мощное электрическое поле, ортогональное оси коаксиальных электродов. Катод испускает эмиссионные электроны, и происходит электрический пробой межэлектродного промежутка. Ортогонально оси электродов текут радиальные электрические токи, создающие аксиальное магнитное поле, которое воздействует на вызвавшие его токи выталкивающей силой Ампера, ускоряющей ионизованный газ атмосферы в направлении выхода каждой пары коаксиальных электродов, создавая тягу. Со стороны входа каждой пары коаксиальных электродов газ атмосферы ионизируется источником 23 излучения. При этом ионизация происходит как под действием источника 24 узконаправленного ионизирующего излучения, так и под действием излучения мощного СВЧ-генератора 25, входящих в состав источника 23 излучения. Источник 24 узконаправленного ионизирующего излучения может быть выполнен в виде источника рентгеновского излучения с линейным ускорителем электронов, ускоряющего электроны излучением мощного СВЧ-генератора 25, т.е. этот генератор может входить в конструкцию ускорителя как источник микроволнового излучения. Часть энергии мощного СВЧ-генератора тратится на ускорение электронов, часть выводится наружу, увеличивая КПД системы, поскольку одна и та же волна в этом случае ускоряет электроны в линейном ускорителе, и после их ускорения выходит за пределы источника излучения и используется для ионизации газа атмосферы. Толщина мембраны выходного окна ускорителя электронов выбирается такой, чтобы 90% энергии электронов задерживалось в ней в виде тепла или переходило в энергию рентгеновского излучения, а электроны, создав тормозное рентгеновское излучение, вылетали через мембрану и ионизировали натекающий газ атмосферы. Мощный СВЧ-генератор может быть установлен вне внешнего коаксиального электрода ближе к катушке, соединяясь с центральным коаксиальным электродом волноводом. Это позволит использовать при создании СВЧ-излучения поле катушки. Источник ионизирующего узконаправленного излучения ионизирует газ атмосферы вдоль линий, параллельных оси электродов, расстояние между которыми меньше длины волны СВЧ-излучения, так, чтобы концентрация ионов вдоль этих линий была не менее величины
no ≥ 10152, см-3, где λ длина волны излучения СВЧ-генератора, см,
а толщина каждой линии ионизированного газа атмосферы превышала длину волны СВЧ-излучения. В этом случае для СВЧ-излучения образуется плазменный волновод, в котором оно распространяется, испытывая полное вснутреннее отражение от стенок. В результате расходимость СВЧ-излучения существенно снижается по сравнению с излучением непосредственно из СВЧ-генератора.
Применение традиционных антенн требует при данной площади излучающей поверхности антенны для уменьшения расходимости уменьшения длины волны, что ведет к уменьшению предельной излучаемой мощности СВЧ-генератора. Кроме того, применение антенны уменьшает плотность потока СВЧ-излучения, которая должна быть максимально возможной и приводить к пробою газа атмосферы. Если источник ионизирующего узконаправленного излучения выполнен в виде источника жесткого рентгеновского излучения с возможностью выбивать комптон-электроны из атомов газа атмосферы, то вдоль линий распространения этого излучения возникают мощные электрические поля напряженностью до 3 ˙ 104 В/м, которые могут приводить к стримерному пробою в этих направлениях. Также в этих направлениях ускоряются под действием таких квазистатических полей и заряжаются положительным зарядом дисперсные частицы, образующиеся в межэлектродных зазорах и на стенках коаксиальных электродов за счет эрозии стенок и плазмохимических реакций. Это приводит к дополнительной ионизации газа атмосферы вдоль линий распространения этого излучения. Источник 26 плазмы направляет плазму в межэлектродный зазор коаксиальных электродов при движении в разреженной плазме и в космосе (в последнем случае межэлектродный зазор коаксиальных электродов с одной стороны закрывается). Двигатель движется в атмосфере и забирает в сквозное отверстие коаксиальных электродов натекающий ионизованный газ плазменного волновода, образованный перед входом в межэлектродный зазор. Ускоряемая коаксиальными электродами плазма стягивается к их оси за счет компрессии, динамическое трение плазмы на поверхность внешнего электрода уменьшается, а вдоль оси коаксиальных электродов образуется область более плотной плазмы, которая тянется в виде "плазменного шнура" следом за ними. Такие "плазменные шнуры" тянутся с обоих сторон катушки за каждой парой коаксиальных электродов, вместе создавая в атмосфере две параллельные линии проводящей плазмы за выходами коаксиальных электродов, а перед их входами создаются также две параллельные линии проводящей плазмы "плазменных волноводов". Первые две параллельные линии, "плазменные шнуры", используются для ускорения двигателя, вторые две параллельные линии, "плазменные волноводы", используются для торможения.
Рассмотрим сначала процесс ускорения. Источник 27 ионизирующего излучения ионизирует газ атмосферы вдоль задней боковой поверхности криостата (со стороны выходов коаксиальных электродов) узкой линией (полосой) между парами коаксиальных электродов. В результате между "плазменными шнурами" создается проводящая плазменная перемычка. Вдоль источника ионизирующего излучения по всему его периметру установлены вспомогательные электроды в виде штырей, между ближайшими из которых последовательно создается электрическое поле, достаточное для электрического пробоя газа атмосферы, так, что проводимость плазменной перемычки соответствует проводимости электрической дуги на всем промежутке между коаксиальными электродами. После этого между коаксиальными электродами создается разность потенциалов и по плазменной перемычке между "плазменными шнурами" течет электрический ток, плотность которого соответствует плотности тока в электрической дуге, а электрическое поле в этой области значительно снижается за счет проводимости плазменной перемычки, причем направление тока противоположно направлению тока в ближайших витках катушки магнитного поля. Со стороны катушки на протекающий по перемычке ток действует отталкивающая сила Ампера, под действием которой она скользит вдоль "плазменных шнуров", удаляясь от катушки и создавая тягу аналогично рельсовому ускорителю с тем отличием, что вместо рельсов использованы "плазменные шнуры" в атмосфере. Возможно одновременное ускорение нескольких плазменных перемычек, соединяемых с "плазменными шнурами" по схеме параллельных электрических сопротивлений, что значительно увеличивает тягу. Этого можно достичь, создавая новую плазменную перемычку во время продолжения ускорения старой при условии, что сначала дополнительные электроды в виде штырьков создают новую перемычку, а затем уже в местах соединения ее с "плазменными шнурами" источником 27 ионизирующего излучения более интенсивным излучением сравнивается проводимость газа атмосферы и проводимость плазменной перемычки, и по ней начинает течь ток, поступающий с "плазменных шнуров". Шунтирования перемычками друг друга не происходит, поскольку площади сечения "плазменных шнуров" намного больше площадей поперечных сечений плазменных перемычек, а проводимости у них одинаковые.
Этот способ создания реактивной тяги намного более эффективен при использовании его для торможения двигателя. В этом случае источник 27 ионизирующего излучения ионизирует газ атмосферы узкой полосой перед передней боковой поверхностью криостата впереди двигателя (со стороны входа коаксиальных электродов). Плазменная перемычка образуется между "плазменными волноводами" в атмосфере, между парами коаксиальных электродов создается разность потенциалов, и по плазменной перемычке течет ток, отталкивающий ее от катушки силой Ампера вперед по направлению движения двигателя. Внутренний источник ЭДС двигателя, два "плазменных волновода" и проводящая плазменная перемычка образуют единый замкнутый контур с током, аналогичный контуру с током рельсового ускорителя, однако эффективность в данном случае намного выше, поскольку плазменная перемычка все время в процессе торможения находится на минимальном расстоянии от катушки, а сила взаимодействия между текущими по ним токами очень быстро убывает с рассстоянием. Электроны плазменной перемычки автоматически ионизируют натекающий газ атмосферы за счет электронных ударов, так что перемычка при горизонтальном торможении двигателя сама себя поддерживает и самовосстанавливается при протекании по ней тока. Значительное снижение аэродинамического лобового сопротивления при горизонтальном разгоне двигателя в атмосфере происходит если натекающий газ атмосферы приводится во вращение вокруг оси двигателя. Этого можно достичь создавая электрические поля между электродами 15, 16. В этом случае натекающий газ атмосферы ионизуется за счет электронных ударов плазмы вращающейся в скрещенных электрическом и магнитных полях, и вовлекается в аналогичное вращение. Однако, сделав электроды 15, 16 состоящими из взаимно изолированных сегментов с автономным подводом электропитания к каждому сегменту, можно вращать ионизованный газ атмосферы в разные стороны относительно плоскости симметрии двигателя так, что вращающиеся массы газа атмосферы около этой плоскости сталкиваются и устремляются от двигателя, создавая тягу. Для этого в одни моменты времени создается слева от плоскости симметрии, электрическое поле, направленное в одну сторону, затем в другие моменты времени справа от этой плоскости создается поле, направленное в другую сторону, так, чтобы вращение плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях слева и справа от плоскости происходило в противоположных направлениях. Предварительно газ атмосферы ионизуется впереди по ходу двигателя источником 27 ионизирующего излучения, например он направляет электроны вперед-вверх, дополнительным источником 14 ионизирующего излучения и ускорителем 17 заряженных частиц, причем заряженные частицы могут выстреливаться в направлении вперед-в сторону так, чтобы создаваемые ими поля в данные моменты времени приводили ионизованный газ атмосферы во вращение в ту же сторону, что и поля сегментов электродов 15, 16, лежащие с той же стороны от плоскости симметрии. Для увеличения тяги сначала создаются электрические поля между ближайшими сегментами одного электрода, достаточные для электрическогоо пробоя газа атмосферы, затем, когда между этими сегментами вспыхивают электрические дуги, создаются аналогичные поля между наиболее удаленными сегментами одного электрода, а когда дуги вспыхнут между ними, то создается разность потенциалов между самими электродами 15, 16 и электрические дуги вспыхивают в их межэлектродном зазоре, на которые со стороны магнитного поля катушки, на протекающие по ним токи, воздействует ускоряющая сила Ампера, вращающая дуги вокруг оси двигателя и вовлекающая во вращение за счет динамического трения ионизованный газ атмосферы, находящийся в межэлектродном зазоре и вокруг него. Создавая такую тягу двигатель подает напряжение на электроды 15, 16 в два такта продолжительностью в среднем около 1 мс с частотой 100 Гц. Эти параметры зависят от того, успеет ли за время между тактами предварительно ионизованный газ атмосферы заполнить межэлектродные зазоры между электродами 15, 16, или нет, в промежутки времени между тактами. Сходные временные параметры и принципы, задающие их, имеют и способы ускорения двигателя парами коаксиальных электродов и плазменной перемычкой между ними.
При ускорении двигателя в атмосфере для горизонтального разгона в основном используется энергия, запасенная в катушке магнитного поля. При коммутации этой энергии и использовании ее для создания тяги возможно, например, просто разрывать электрическую цепь катушки магнитного поля и пускать текущий по ней ток через сильноионизованный газ атмосферы, распределяя ток по различным элементам двигателя с помощью скоростных сильноточных коммутаторов, перераспределяя его в различные моменты времени в определенной последовательности. Разрыв электрической цепи катушки может быть осуществлен подачей узконаправленного магнитного сильного поля на ее оболочку, в результате чего она локально временно выходит из сверхпроводящего состояния, а электрический ток течет по параллельным шунтирующим проводникам, а уже с них на сильноточные коммутаторы и на ускоряемый газ атмосферы. Сильное узконаправленное магнитное поле может быть создано в зазоре двух ферромагнитных стержней с остриями, искривляющими и усиливающими поле катушки. По окончании ускорения в атмосфере эти стержни отодвигаются в стороны, магнитное поле в области нарушения сверхпроводимости становится меньше критической величины, оболочка снова становится сверхпроводящей и снова начинает циркулировать незатухающий ток. Расчеты, проведенные для сверхпроводящей катушки с весом оболочки 112 т, током 105 А/см2, показывают, что в таком сверхпроводящем соленоиде зпасается энергия 3,87 ˙ 1015 Дж, что позволяет при КПД двигателя 20% и условии сохранения в катушке 30% энергии после всего горизонтального разгона за счет коммутации накопленной энергии разгонять двигатель весом 4000 т, из которых не менее 500 т приходится на полезный груз, до третьей космической скорости 16,5 км/с. Развиваемая при этом тяга превышает 108 Н, скорость ускоренного рабочего тела превышает 35 км/с, а ориентировочное время набора скорости 16,5 км/с двигателем не более 15 мин. Для аналогичных удельных импульсов порядка 3500 с известные плазменные двигатели имеют КПД, заметно превышающий 30% поэтому можно утверждать, что ожидаемый КПД двигателя составит не менее 30% при ускорении газом атмосферы. Расчеты, проведенные на оценку потери давления за счет динамического трения в коаксиальных электродах, показывают, что они пренебрежимо малы по сравнению с развиваемой в зазорах этими электродами тягой, имеются в виду потери давления газа атмосферы во время ускорения. Рекомендуемая высота горизонтального разгона для Земли порядка 32 км, на которой давление 0,01 атмосферы. При работе коаксиальных электродов в стационарном режиме внешний электрод должен быть более длинным, чем внутренний, который является анодом, и расширяться в направении выхода ускоренного рабочего тела. Аналогичное требование налагается и на конструктивное исполнение электродов 8, 9, 10 в случае их работы в стационарном режиме. Наружные электроды 28, 29, 30, 31 при старте в движении в атмосфере хранятся в прижатом или компактно упакованном состоянии на поверхности или внутри двигателя и разворачиваются в космическом пространстве, причем электроды 28, 29 сверху от катушки, а электроды 30, 31 снизу, так, чтобы в их межэлектродном зазоре оказалась ось двигателя.
При движении в космосе магнитные силовые линии катушки перемещаются относительно космической плазмы и на границе их соприкосновения возникает разность потенциалов, приводящая к захвату заряженных частиц плазмы в магнитную ловушку, образованную катушкой, которая по своей конфигурации и физической природе аналогична магнитной ловушке магнитного диполя и геомагнитного поля. В магнитной ловушке захваченные ею заряженные частицы космической плазмы дрейфуют между ее магнитными зеркалами, образованными областями сгущения магнитных силовых линий. Между электродами 28, 29 и 30, 31 создаются быстропеременные электрические поля, перпендикулярные оси катушки. Электродами 8, 9, 10 и 15, 16 создаются электрические поля, перпендикулярные магнитным силовым линиям в межэлектродных зазорах и около них. Часть частиц, захваченных в магнитную ловушку, выпадает в конус потерь, проходит сквозь магнитные зеркала и попадает в зазоры между электродами, где на них воздействует ортогональное оси катушки электрическое поле, под действием которого они дрейфуют в скрещенных электрическом и магнитном полях, увеличивая составляющую своей скорости, перпендикулярную магнитному полю, пока она не достигнет величины
где - индукция магнитного поля;
напряженность электрического поля.
Соотношение параллельной и перпендикулярной составляющих скорости выходит из конуса потерь, и частицы отражаются от магнитных зеркал и возвращаются в магнитную ловушку. Двигатель теоретически может использовать электрические поля, космические поля космического пространства для создания небольшой реактивной тяги. Известно, что такие поля существуют в магнитопаузах планет, например в магнитопаузе Земли. Так, в ее хвосте перепад потенциалов электрического поля, обусловленный натеканием Солнечного ветра, на расстоянии до ста радиусов Земли составляет порядка 10-100 кВ. Также на расстояниях от одного до трех радиусов Земли в районах около магнитных полюсов существует перепад потенциалов порядка 1-10 кВ, а поле направлено параллельно магнитным силовым линиям Земли. Это поле возникает в результате следующего физического явления, которое при работе двигателя может способствовать созданию дополнительной небольшой тяги.
Магнитные ловушки и Земли, и двигателя захватывают релятивистские заряженные частицы, значительная часть которых имеет энергии, превышающие 100 кэВ. При этом температура электронов из-за столкновений не может быть ниже температуры ионов, и поэтому отношение скорости частицы к скорости света существенно превышает аналогичное отношение для ионов. Известно выражение, связывающее электрическое поле релятивистской заряженной частицы с ее скоростью:
где εo диэлектрические проницаемости среды и вакуума;
радиус-вектор заряженной частицы;
Θ- угол между радиус-вектором и направлением движения частицы.
Из этого выражения cледует, что поле, перпендикулярное направлению движения релятивиcтcкой чаcтицы, раcтет c увеличением cкороcти пропорционально выражению
E
Скорости захваченных в магнитную ловушку частиц не должны выходить из конуса потерь, откуда следует, что компонента скорости, перпендикулярная направлению движения, V около магнитных зеркал превышает компоненту скорости, параллельную направлению движения, VII. Поэтому в районе магнитных зеркал, где нормали к плоскостям ларморовских кружков вращения частиц, захваченных в магнитную ловушку, наклонены к магнитным силовым линиям под углом, не превышающим угол раствора конуса потерь, угол между плоскостью кружков и магнитной силовой линией лежит в интервале 90о плюс-минус указанный угол. В этих направлениях релятивистские электрические поля релятивистских электронов превышают аналогичные поля ионов, что ведет к суммированию векторной разности этих полей вдоль магнитных силовых линий внутри конуса с указанным углом раствора. В свою очередь, перпендикулярное магнитным силовым линиям электрическое поле электронов меньше электрического поля ионов. В результате возникает конус релятивистского искривления электрического поля. Характерной особенностью конуса релятивистского искривления поля является невозможность его экранировки нерелятивистскими частицами, поскольку поле таких частиц является сферически симметричным, а конус релятивистского искривления поля такой симметрии не обладает. Накопление таких экранирующих частиц внутри конуса релятивистского искривления поля создает электрическую силу расталкивания таких частиц перпендикулярно оси конуса, под действием которой они в этом направлении из него уходят. В итоге сохраняется увеличение поля релятивистких электронов вдоль оси и уменьшение его перпендикулярно оси. Однако существует еще процесс ускорения электронов этим полем вдоль магнитных силовых линий, что ведет к росту VII и, как следствие, к уменьшению отношения V/VII и к уменьшению конуса релятивистского искривления поля. В пользу подтверждения рассмотренного физического явления говорит тот факт, что около магнитных полюсов Земли электрическое поле направлено вверх, отрицательный потенциал вверху, хотя, обычно, в других ее районах отрицательный потенциал находится на ее поверхности.
Рассмотренное физическое явление должно приводит к формированию аналогичных физических полей вдоль магнитных силовых линий других небесных тел, около магнитных полюсов других планет, Солнца и звезд. Некоторые перспективы дает возможность существования таких электрических полей вдоль магнитных силовых линий (трубок) Солнца и звезд, уходящих в районах коронарных дыр на большое расстояние в окружающее космическое пространство (на бесконечность). Использовать внешние электрические поля для создания небольшой дополнительной тяги можно несколькими способами.
Первый заключается в том, что в районах полюсов катушки между наружными электродами 28, 29 или 30, 31 создается электрическое поле, перпенрдикулярное оси катушки, увеличивающее компоненту V скоростей частиц, захваченную в магнитную ловушку, выпадающих в конус потерь. Это приводит к тому, что в этих районах усиливается релятивистское искривление электрического поля, обусловленное вдобавок еще и тем, что плазма при приложении электрического поля становится неравновесной, и температура электронов и температура электронов может существенно превзойти температуру ионов. Наличие релятивистского искривления поля аналогично существованию в этой области некоторого нескомпенсированного эффективного заряда, поле которого равно векторной сумме полей релятивистских частиц разных знаков, каждое из которых в отдельности дается выражением для электрического поля релятивистской частицы, на которое воздействует внешнее космическое электрическое поле. Эффективный заряд и вызываемый его наличием эффект ускорения внешним полем может быть увеличен инжекцией в магнитную ловушку дополнительно плазмы из источников 5, 26 плазмы. Релятивистское искривление электрического поля приводит к инжекции дополнительных заряженных частиц космической плазмы в магнитную ловушку катушки, которые затем могут быть использованы для создания тяги.
Второй способ заключается в использовании ядерных зарядов, инжектирующих взрывами заряженные частицы в магнитную ловушку, далее, как в первом случае.
Третий способ наиболее очевиден. Ускоритель 17 заряженных частиц ускоряет и выбрасывает в космическое пространство заряженные частицы определенного знака, заряжая тем самым двигатель до определенного электрического потенциала. Для реализации этого способа возможно присоединение к двигателю дополнительных поверхностей большой площади для увеличения нанесенного заряда при том же потенциале.
Во внешнем элетрическом поле возможно ускорение и в режиме притяжения, и в режиме отталкивания. В случаях использования релятивистского искривления поля вдоль оси двигателя эффективный заряд соответствует отрицательному заряду, поскольку релятивистские поля электронов в этом направлении больше полей ионов, а перпендикулярно оси соответствует положительному заряду, поскольку поля электронов в этом направлении меньше (очевидно, что имеется в виду суммарное поле от всей магнитной ловушки с частицами). Двигатель может аналогично также ускоряться в электрическом поле около Солнца и звезд, обусловленном различием величины силы рассеяния излучением, действующим со стороны их электромагнитного излучения на электроны и ионы Солнечного и звездного ветра. Различие вызвано тем, что сечение Томсоновского рассеяния излучения растет с уменьшением массы частицы, а у электрона она меньше. Поэтому поток излучения для плазмы оказывается эквивалентен приложению некоторой квазистатической силы, которая уравновешивается возникновению противоположно направленных электрических полей.
При движении в межпланетном пространстве двигатель оказывается в потоке плазмы Солнечного ветра. Из-за ее идеальной проводимости магнитные силовые линии катушки не могут проникнуть в натекающий Солнечный ветер и образуют в первом приближении пустую магнитную область, называемую магнитопаузой, аналогичную магнитопаузе Земли. В этом же приближении форма магнитопаузы определяется балансом динамического давления Солнечного ветра и давлением силовых линий катушки магнитного поля. Магнитное поле на внутренней стороне границы магнитопаузы равно удвоенной величине магнитного поля катушки благодаря вкладу поверхностных токов в плазме Солнечного ветра, полностью экранирующих в нем это поле. Динамическое давление Солнечного ветра также удваивается благодаря его идеальному отражению от границы. Таким образом, в точке на прямой, соединяющей центр катушки магнитного поля с Солнцем, лежащей на границе магнитопаузы, называемой подсолнечной точкой, баланс давлений определяется выражением
2nmpv2 , где Рм дипольный момент катушки магнитного поля;
R рассстояние от центра катушки магнитного поля до подсолнечной точки;
μ и μo магнитные проницаемости среды и вакуума;
n и mр концентрация и масса протонов Солнечного ветра;
V скорость Солнечного ветра.
Частицы космической плазмы, захваченной магнитной ловушкой, удерживаются магнитными силовыми линиями катушки внутри магнитопаузы, радиус которой примерно совпадает с расстоянием от центра катушки до подсолнечной точки, определяемым из предыдущего выражения и равным
R
Небольшая фотонная тяга, ускоряющая дополнительно двигатель в межпланетном пространстве, складывается из динамического давления Солнечного ветра на магнитопаузу и давления электромагнитного излучения Солнца на частицы плазмы, захваченной в магнитную ловушку катушки. В магнитном поле отражение электромагнитных волн от плазмы существенно увеличивается, поскольку заряженные частицы рассеивают электромагнитное излучение в этом случае как осцилляторы. Плазма, захваченная ловушкой, получает за счет действия на нее этой силы рассеяния света дополнительный имульс и, поскольку она образует с катушкой замкнутую систему, передает импульс двигателю, создавая фотонную тягу от внешнего источника электромагнитного излучения. Величина этой тяги на орбите Земли от Солнечного излучения для соленоида с магнитным моментом 2,03 ˙ 1010 А ˙ м2 составляет около 2000 Н, что позволяет двигателю массой 4000 т двигаться с ускорением 5 ˙ 10-5. Под действием давления излучением двигатель ускоряется подобно солнечному парусу, который целесообразно использовать для космических полетов в некоторых случаях даже при сообщаемых им ускорениях порядка 10-5. По сравнению с ним двигатель имеет то существенное принципиальное преимущество, что фотонная тяга с ростом расстояния до Солнца уменьшается для солнечного паруса пропорционально расстоянию в степени 2, а для двигателя пропорционально расстоянию в степени 4/3, что значительно медленнее. Это объясняется тем, что радиус магнитосферы двигателя растет с удалением от Солнца пропорционально уменьшению концентрации протонов Солнечного ветра в степени 1/6, которая, в свою очередь, уменьшается с ростом расссояния до Солнца пропорционально расстоянию в степени 2. Скорость Солнечного ветра от орбиты Земли до границы гелиосферы (примерно 150 астрономических единиц от Солнца) приблизительно неизменна и равна 400 км/с. В результате радиус магнитосферы двигателя растет пропорционально расстоянию до Солнца в степени 1/3, фотонная тяга двигателя пропорциональна произведению площади поперечного сечения магнитосферы на мощность электромагнитного излучения Солнца, убывающего пропорционально квадрату расстояния до него, поэтому степень 1/3 два раза умножается на 2. Плазма, захваченная в магнитную ловушку катушки из космического простраснства, может ускоряться вдоль оси двигателя и создавать реактивную тягу следующим образом.
Наружными электродами 28, 29 и электродами 15, 16 создаются электрические поля, перпендикулярные магнитному полю катушки, а между наружными электродами 30, 31 электрическое поле убирается. Между электродами 11, 12 создается поле, параллельное оси двигателя и направленное от него. В этом направлении ускоряются ионы, выпадающие за счет столкновений в конус потерь магнитной ловушки и движущиеся вдоль магнитных силовых линий к центру катушки. В зазоре между электродами 11, 12 на них воздействует ускоряющее электрическое поле и вызывает ток электронов от двигателя и ток электронов к двигателью, наносящих на него отрицательный заряд, который нейтрализуется нейтрализатором 32, выбрасывающим избыточный заряд электронов в поток ускоренных ионов вне этого межэлектродного промежутка. Суммарный ток ионов и электронов ограничен законом трех вторых, и если поток выпадающих в конус потерь частиц превышает этот ток или в нем присутствуют частицы с энергией, превышающей разность потенциалов между ускоряющими электродами 11, 12, то между электродами 8, 9, 10 в каналах для прохода рабочего тела создается электрическое поле, перпендикулярное их стенкам, увеличивающее отношение V/VII частиц, влетающих в эти каналы после пролета через зазор электродов 11, 12. Между электродами 8, 9, 10 в каналах для прохода рабочего тела течет электрический ток, перпендикулярный их стенкам, создающий выталкивающее аксиальное магнитное поле, и холловский ток, на который со стороны магнитного поля катушки воздействует выталкивающая сила Ампера. Чтобы было именно отталкивание, выбирается соответствующее направление электрического поля между электродами. В результате частицы плазмы выталкиваются из каналов для прохода рабочего тела и либо покидают магнитную ловушку, двигаясь вдоль оси двигателя, создавая тягу, либо возвращаются в нее.
Известно, что ионный двигатель, как правило, обладает большей тяговооруженностью, чем плазменный [1] В двигателе предусмотрена его работа в режиме ионного двигателя. Для этого источник 5 плазмы подает плазму через каналы для прохода рабочего тела в зазор между электродами 11, 12, между которыми создается ускоряющая разность потенциалов, ионы ускоряются вдоль оси двигателя и их объемный заряд нейтрализуется нейтрализатором. Дополнительное ускорение ионам сообщает конус релятивистского искривления поля, электрическое поле которого вытягивает и дополнительно ускоряет их в направлении от двигателя. Нейтрализатор в этом случае отодвигается вдоль оси в направлении от двигателя, а электрический кабель, соединяющий нейтрализатор с двигателем, в своей центральной части отходит от оси дальше, чем сам нейтрализатор. Это сделано для того, чтобы при подводе заряда к нейтрализатору ему не препятствовало электрическое поле конуса. Это дает возможность ускорять ионы за счет энергии частиц, захваченных в магнитную ловушку катушки.
При работе двигателя в режиме его ускорения ядерными взрывами возможны несколько вариантов его работы. Коаксиальные электроды 21, 22 с одной из сторон закрываются непроницаемой перегородкой так, чтобы направление обхода вокруг оси двигателя от закрытого торца к открытому у каждой пары коаксиальных электродов совпадало. В межэлектродные зазоры каждой пары коаксиальных электродов подается плазма из источника 26 плазмы и ускоряется вдоль их осей в противоположных направлениях, приводя двигатель во вращение вокруг его оси. Устройство 33 выбрасывания ядерных зарядов, например катапульта, заряжается ядерным зарядом из хранилища 34 ядерных зарядов. Источник 35 тугоплавких дисперсных частиц инжектирует или эти частицы, или реагенты плазмохимических реакций, приводящих к образованию таких частиц, вниз от двигателя вдоль торцовой поверхности криостата и по направлению к оси двигателя. Крайний снизу из листов 36, 37 заряжается электрическим зарядом, перетекающим на него через держатели 38, 39. Этот лист держателя освобождается. Отталкивающее устройство 40 первого типа осуществляет разделение двигателя на две части, одна из которых содержит полезный груз, а другая катушку магнитного поля. В отталкивающем устройстве первого типа при этом сверхпроводящий соленоид 41 запитывается током, направление которого противоположно направлению тока в катушке 1. Ускорители 42, 43 и 44, 45 заряженных частиц выбрасывают в окружающе пространство одноименно заряженные ускоренные частицы (электроны) и заряжают разделяемые части электрическим зарядом одного знака (положительным). За счет того, что направленные в разные стороны токи отталкиваются, а также за счет того, что одноименные заряды также отталкиваются, разъединяемые части отталкиваются друг от друга и расходятся в разные стороны вдоль оси. При этом вверх движутся все части двигателя, расположенные над катушкой и внутри ее сквозного осевого отверстия, а вниз все остальные. Крайний снизу из листов заряжен зарядом того же знака (положительным) и за счет этого отталкивается от двигателя и перемещается от него вниз. Разделяемые части двигателя отходят друг от друга на определенное расстояние, определяемое вопросами радиационной безопасности полезного груза, например 1 км, а также требованием, чтобы магнитные поля катушки 1 и соленоида 41 образовывали единую магнитную ловушку с возможностью задерживать в ней плазму взрыва. При этом направление тока в соленоиде меняется на противоположное, ток становится направлен в ту же сторону, что и в катушке. Энергия магнитного поля соленоида при этом может запасаться в батарее конденсаторов системы электропитания, а энергия для его новой запитки поступать по электрическому кабелю из катушки 1.
Во время разведения частей двигателя источник 5 плазмы и электроды 8, 9, 10 создают реактивную тягу. Когда части двигателя разведены на нужное расстояние, устройство выбрасывания ядерного заряда выбрасывает его, и когда заряд оказывается на выбранном расстоянии от катушки, например 100 м для заряда 10 кт, происходит ядерный взрыв. Точка взрыва находится между границей магнитопаузы катушки и двигателем на его оси. Электромагнитное излучение ядерного взрыва и разлетающейся образованной им плазмы воздействует силой давления излучения на частицы плазмы, захваченной в магнитную ловушку, образованную внешним магнитным полем двигателя, и листы. Это излучение передает им часть своего электромагнитного импульса, ускоряет их и создает тем самым фотонную тягу. При использовании ядерных зарядов малой мощности, энергия взрыва которых и масса максимально уменьшены за счет использования вещества с малой критической массой, например калифорния 251, точку взрыва надо располагать ближе к катушке магнитного поля, например при массе делящегося вещества 10 г точку взрыва можно установить на расстоянии 15 м от катушки. Вещество ядерного заряда нагревается во время взрыва до температуры порядка 5 ˙ 107 К, полностью ионизируется и разлетается в разные стороны. Часть плазмы и продуктов распада движется в направлении от двигателя, окидает магнитную ловушку и создает импульсную реактивную тягу, часть движется вдоль оси двигателя по направлению к нему, проходит сквозь центральное сквозное отверстие катушки и движется по направлению к отделившейся части двигателя с полезным грузом, часть захватывается в магнитную ловушку катушки, совершает движение между магнитными зеркалами, часть из последних частиц выпадает в конус потерь, пролетает через сквозное осевое отверстие катушки и либо покидает ловушку, создавая тягу, либо движется вдоль магнитных силовых линий к отделившейся части с полезным грузом. В магнитном поле плазма ядерного взрыва создает конус релятивистского искривления электрического поля, в результате чего оно направлено вдоль магнитных силовых линий к точке взрыва в области разлета плазмы и остается так направлено долгое время после взрыва.
Электромагнитное и нейтронное излучение нагревают тугоплавкие дисперсные частицы из материала с малой работой выхода, и под действием искривленного релятивистского электрического поля с их поверхности начинается термоавтоэлектронная эмиссия. Электрическое поле, в котором находится дисперсная частица, слагается из суммы полей заряженной нижней поверхности двигателя, заряженного отделившегося листа и полей релятивистских частиц. Это поле направлено вниз от двигателя и вызывает ток в плазме в районе нахождения дисперсных частиц. Термоавтоэлектронный ток за счет вылета электронов заряжает дисперсные частицы положительным электрическим зарядом. При условии, что термоавтоэлектронный ток превышает ток в плазме, обусловленный ее проводимостью, этот положительный заряд на частицах остается и они ускоряются электрическим полем вниз от двигателя, создавая тягу. Около оси двигателя плотность тока заряженных частиц ограничена законом трех вторых и здесь их поток параллелен магнитным силовым линиям. В области под нижней поверхностью криостата магнитные силовые линии перпендикулярны электрическому полю. Положительно заряженные дисперсные частицы ускоряются им и одновременно вращаются вокруг магнитных силовых линий, совершая ларморовскую прецессию, радиус которой может превышать область действия ускоряющего электрического поля. Прецессия происходит в области дрейфового холловского вращения электронов, поэтому при удалении положительно заряженных дисперсных частиц от двигателя автоматически происходит компенсация их объемного заряда, причем плотность тока таких частиц может существенно превышать плотность тока, ограниченного законом трех вторых, и ограничивается сверху плотностью энергии магнитного поля в области их ускорения электрическим полем. При удалении дисперсных частиц от двигателя они радиационно охлаждаются, попадают в область более слабого электрического поля, ток термоавтоэлектронной эмиссии с их поверхности ослабевает, их положительный заряд уменьшается. Они движутся в области более слабого электрического поля, за счет этого радиус их ларморовской прецессии дополнительно увеличивается, и они покидают магнитную ловушку вниз от двигателя, создавая тягу. Одновременно они рассеивают и ослабляют нейтронное и электромагнитное излучение ядерного взрыва, предохраняя от него криостат и катушку. Отделившийся и перемещающийся вниз от двигателя лист также частично предохраняет элементы двигателя от этого излучения, ослабляя, отражая и рассеивая его. При этом лист может полностью испариться и ионизоваться.
Можно выполнить листы и систему, обеспечивающую поочередное отсоединение листов от двигателя так, чтобы после отсоединения листов от двигателя происходило их радиационное охлаждение, а затем они возвращались бы охлажденными обратно к двигателю. Например, они могут быть нанизаны на общие образующие, идущие вниз от двигателя параллельно оси с возможностью свободного перемещения вдоль них. Значительная часть листов послойно отсоединяется и они поочередно движутся вдоль образующих вниз от двигателя. Листы и двигатель заряжены положительным зарядом, поэтому между листами обеспечивается взаимное отталкивание, не дающее им слипаться. Затем полярности зарядов листов и двигателя становятся противоположными, когда листы охладятся, и они соединяются с двигателем за счет электрического притяжения. Листы также могут содержать слой ферромагнитного материала, например, выполненный в виде фольги из железа. Пока ферромагнитный слой не нагрет излучением взрыва, он притягивается к катушке, поскольку он намагничен ее полем. Когда поток нейтронов и гамма-квантов его нагреет, то магнетизм выше температуры Кюри пропадает и указанное притяжение отсутствует. Листы заряжаются, отходят от двигателя, охлаждаются ниже температуры Кюри ферромагнитного материала, снова намагничиваются полем катушки и притягиваются к ней. Электрические заряды с листов растекаются за счет проводимости окружающей плазмы или уносятся ускоренными двигателем ионами, и листы приближаются к двигателю и соединяются с ним, охлаждая его, что может использоваться также при работе ядерной энергоустановки для охлаждения реактора, когда ядерные взрывы отсутствуют. Листы в этом случае нагреваются подводом тепла теплоносителем от реактора. Они являются теплообменником-излучателем.
Дисперсные тугоплавкие частицы также могут быть выполнены из ферромагнитного материала, в который дополнительно инжектированы атомы легко ионизируемого материала, например цезия. Такие ферромагнитные частицы могут быть получены методом порошковой металлургии и высыпаться источником тугоплавких дисперсных частиц из материала с малой работой выхода из какой-нибудь емкости в окружающее пространство. Нагреваясь во время ядерного взрыва выше точки Кюри, частицы одновременно заряжаются и ускоряются как положительно заряженные дисперсные частицы. При этом их масса и материал согласованы так, чтобы ускорение этих частиц обеспечивало только отход частиц от двигателя на такое расстояние, на котором они радиационно охлаждаются ниже точки Кюри, намагничиваются полем катушки и притягиваются к ней, одноверменно радиационно охлаждая поверхность двигателя, на которую они выпадают. Таким способом можно охлаждать каналы для прохода рабочего тела, одновременно компенсируя потери массы их стенок за счет эрозии. Аналогично такие частицы осаждаются после своего охлаждения на поверхности листов, компенсируя потери массы нижнего из них за счет испарения и эрозии, дополнительно охлаждая их.
Часть частиц плазмы ядерного взрыва передает за счет динамического давления на магнитные силовые линии катушки импульс, обусловленный разлетом плазмы во время взрыва, передаваемый затем катушке и ускоряющий ее. При быстром приближении горячей плазмы взрыва, обладающей высокой проводимостью, к катушке в плазме наводятся мощные индукционные токи, которые ее эффективно тормозят. Уравнения электродинамики, описывающие этот процесс, полностью симметричны уравнениям ускорения плазмы индукционным электроракетным двигателем [1] в котором с точностью "наоборот" происходит изменение магнитного поля в индукционной катушке, вызывающее формирование индукционных токов в плазме, стремящихся оставить поток магнитного поля через плазму неизменным, которые ускоряют плазму за счет отталкивания от токов катушки. Тем самым плазма взрыва совершает работу против силы взаимодействия индукционных токов налетающей проводящей плазмы и тока катушки, на что тратится значительная часть кинетической энергии разлетающихся заряженных частиц от взрыва, частично переходящая в кинетическую энерги поступательного движения катушки и двигателя. Часть частиц плазмы ядерного взрыва перемещается сквозь сквозное осевое отверстие катушки и движется по направлению к отделившейся части двигателя с полезным грузом, которая выбрасывает по направлению к этому потоку плазмы ускорителями 42, 43 заряженных частиц одноименно заряженные (положительно) частицы, которые заряжают поток плазмы и вызывают электростатическое расталкивание ионов, ведущее к увеличению компоненты их скоростей, перпендикулярной магнитным силовым линиям. Вслед за этим та же часть двигателя ускоряет в сторону взрыва рабочее тело (плазму). Происходит столкновение двух потоков плазмы, за счет чего компонента скоростей частиц плазмы ядерного взрыва V еще больше увеличивается, приводя к увеличению отношения V/VII, и часть частиц плазмы захватывается в магнитную ловушку между соленоидом и катушкой, которые после ядерного взрыва движутся по направлению друг к другу. При этом области около магнитных полюсов соленоида 41 и катушки 1 становятся магнитными зеркалами для частиц плазмы, захваченных в магнитную ловушку между ними, расстояние меду которыми уменьшается медленно по сравнению со скоростями захваченных в магнитную ловушку частиц плазмы. При этом кинетическая энергия сближения разделенных частей двигателя частично переходит в кинетическую энергию частиц плазмы, увеличивающей компоненту скоростей частиц VII, и частицы с большей вероятностью выпадают в конус потерь, проходя через магнитные зеркала. Та часть двигателя, которая содержит полезный груз, создает электрические поля, увеличивающие компоненту скоростей V, в результате чего они выходят из конуса потерь и возвращаются в магнитную ловушку.
В зависимости от плотности потока частиц либо между электродами 8, 9, 10 создаются электрические поля, перпендикулярные магнитным силовым линиям, либо между электродами 11, 12 создается электрическое поле, параллельное оси двигателя, направленное к точке взрыва и ускоряющее в этом направлении ионы. Та часть двигателя, которая содержит катушку магнитного поля, пропускает через сквозное центральное отверстие катушки частицы, выпавшие в конус потерь, и они сквозь него вдоль оси двигателя уходят из магнитной ловушки и создают тягу. Заряженные частицы, захваченные в магнитную ловушку между катушкой 1 магнитного поля и соленоидом 41 дополнительно создают упругую силу, действующую между разделенными частями двигателя. После проведения взрыва часть двигателя с катушкой приобретает дополнительный импульс, за счет которого она начинает приближаться к части с полезным грузом. Когда значительная часть захваченной плазмы покинет магнитную ловушку, обе части заряжаются одноименным положительным зарядом и интенсивно отталкиваются друг от друга, пока снова не отойдут на нужное расстояние, после чего процедура ускорения ядерными взрывами повторяется.
Приведение обеих отделяемых друг от друга частей во вращение необходимо для обеспечения надежности их взаимной ориентации друг к другу и устойчивости по отношению к возможным неконтролируемым поворотам в пространстве во время проведения взрывов и связанных с ними операций. При вращении задача разъединения и стыковки частей двигателя становится квазиодномерной, что ее значительно упрощает (единственная степень свободы движение частей вдоль оси двигателя). Вращение необходимо для того, что разъединяемые части перемещались вдоль выделенного направления оси вращения и не отклонялись от него. Вращение осуществляется с максимальной скоростью, которую могут выдержать элементы двигателя и члены экипажа.
Устройство выбрасывания ядерных зарядов может располагаться также с возможностью выбрасывать ядерные заряды перпендикулярно оси двигателя. При взрыве ядерных зарядов сбоку от двигателя он испытывает динамическое давление плазмы ядерного взрыва на силовые линии катушки магнитного поля и ускоряется за счет этого давления. Разделения двигателя на две части в этом случае не происходит. Наружные электроды 30, 31 перед взрывами убираются внутрь двигателя. При взрывах на оси двигателя возникает мощное электрическое поле вдоль магнитных силовых линий, обусловленное релятивистскими эффектами увеличения полей электронов и уменьшения полей ионов вдоль этих линий, ускоряющими ионы вниз от двигателя. Если полезный груз не нуждается в радиационной защите, например он не содержит экипажа, то двигатель не разделяется перед взрывами на две части. Источник 5 плазмы подает плазму в каналы для прохода рабочего тела, в которых она ускоряется навстречу потоку плазмы ядерного взрыва. После электродинамического отражения первого импульса плазмы ядерного взрыва, описанного выше для случая отделившейся части с полезным грузом, источник плазмы и либо электроды 8, 9, 10, либо электроды 11, 12 выбрасывают и ускоряют плазму вдоль оси двигателя, где она дополнительно ускоряется конусом релятивистского искривления поля, при этом ионы ускоряются от двигателя, электроны к двигателю, заряжая его отрицательным зарядом. Заряд компенсируется нейтрализатором, который может быть отодвинут от центра двигателя вниз и помещен вне конуса релятивистского искривления электрического поля, например, на расстоянии от оси двигателя. При этом электроны перемещаются к нейтрализатору вне конуса релятивистского искривления поля, который наиболее значителен на оси двигателя, а затем, вылетая из нейтрализатора, попадают в область действия усиленного релятивистскими эффектами поля ионов и нейтрализуют их объемный заряд. Если двигатель разделяется перед серией ядерных взрывов на две части, то после проведения их силы отталкивания, действующие между разделенными частями, заменяются на силы притяжения. Для этого ускорители 42, 43 заряженных частиц начинают выбрасывать заряженные частицы одного знака, а ускорители 44, 45 другого знака.
Наиболее выгодное направление тока в соленоиде 41, а соответственно выбор сил притяжения или отталкивания между ним и катушкой определяется опытным путем на макетных установках. Это в полной мере относится и к выбору направления тока в соленоиде и до разделения частей, и во время разведения их в стороны, и во время ускорения двигателя ядерными взрывами. Отталкивание за счет магнитного взаимодействия токов при этом должно быть слабее на значительных расстояниях от двигателя, чем притяжение, обусловленное электрическим притяжением разноименно заряженных частей двигателя, но на расстояниях, где применяются различные стыковочные механические приспособления и узлы, отталкивание так или иначе должно присутствовать, чтобы препятствовать сильному удару стыкуемых частей и обеспечивать их плавное сближение. Элементы двигателя, расположенные в сквозном отверстии катушки, могут не отделяться вместе с полезным грузом, а оставаться с частью двигателя, содержащей катушку. Работа элементов двигателя аналогична их работе в предыдущем случае. Выбрасывание плазмы двигателем навстречу частицам ядерного взрыва не является обязательным.
Отталкивающее устройство 40 второго типа представлено на фиг.5 в момент разъединения частей двигателя с полезным грузом и с катушкой магнитного поля. Отталкивающее устройство второго типа отсоединяет часть 48 двигателя, содержащую элементы двигателя, расположенные над катушкой, включая полезный груз, от всех других элементов двигателя, находящихся в части 49 с катушкой магнитного поля. В момент отсоединения на заряжаемые пластины 50, 51, 52 наносятся электрические заряды одного знака. Это можно осуществить, предварительно выбросив в космическое пространство поток ускоренных электронов, например, с энергией 10 МэВ, и зарядить до такого потенциала весь двигатель. Между заряжаемыми пластинами создаются электрические силы отталкивания, пластины отталкиваются друг от друга и разводят в разные стороны разъединяемые части двигателя, которые соединены друг с другом подвижной оболочкой 53. Эта оболочка может также наполняться газом, и разъединяемые части двигателя могут отталкиваться друг от друга за счет газового давления.
При ядерном взрыве разъединяемые части двигателя за счет передачи электромагнитными силами давления взрыва на двигатель перемещаются навстречу друг другу, отталкиваясь при этом, и образуют колебательную систему, элементы которой колеблются относительно общего центра тяжести. После проведения серии ускоряющих ядерных взрывов отталкивание между заряжаемыми пластинами плавно заменяется на притяжение, разъединяемые части приближаются к другим и, в конечном счете, соединяются. Притяжение между пластинами можно осуществить, заряжая их попеременно через одного зарядами разных знаков.
Отталкивающее устройство второго типа может одновременно выполнять функции радиатора-излучателя, радиационно излучая тепло с поверхности заряжаемых пластин и подвижной оболочки в космическое пространство, охлаждая тем самым двигатель. Пространство между заряжаемыми пластинами может использоваться в качестве ангаров для транспортировки аналогичных двигателей меньшей мощности, которые самостоятельно набрали первую космическую скорость, состыковались с двигателем большой мощности и теперь совместно ускоряются ядерными взрывами.
Если отталкивающее устройство второго типа одновременно выполняет функции радиатора-излучателя, целесообразно использовать его для этих целей в случае комбинированного исполнения оттал- кивающего устройства первого и второго типов, в котором от части с катушкой отсоединяются все элементы двигателя, расположенные внутри ее сквозного осевого отверстия и над катушкой, а потом части с элементами, которые были внутри этого отверстия, отсоединяются отталкивающим устройством второго типа с сохранением между последними частями механического контакта с помощью подвижной оболочки. Заряжаемые пластины заряжаются разноименными зарядами, притягиваются друг к другу и к одной из отсоединенных частей двигателя, той, где находятся охлаждаемые элементы двигателя, например система электропитания. Охлаждаемый элемент двигателя выполнен с возможностью осуществлять тепловой контакт с прижатым к нему таким отсоединяемым отталкивающим устройством. Например, в нижней части системы электропитания находится несколько тепловых труб, к которым присоединена теплопроводящая плоская поверхность. Отталкивающее устройство притягивается к этой части двигателя и тесно прижимается к охлаждаемому элементу двигателя, который за счет теплопроводности отдает ему часть тепла. Затем на заряжаемые пластины подается одноименный электрический заряд, и они за счет электрических сил отталкиваются друг от друга, расходятся на некоторое расстояние и растягивают подвижную оболочку. При этом излучающая тепло поверхность отталкивающего устройства увеличивается и он радиационно излучает полученное тепло в окружающее пространство, радиационно охлаждаясь при этом. После охлаждения между заряжаемыми пластинами создается притягивающее электрическое поле, и процесс повторяется. Заряжаемые пластины можно выполнять в виде колец, расположенных как внутри, так и снаружи подвижной оболочки. Их радиусы желательно должны превышать радиус сквозного отверстия в отсоединяемой части двигателя с катушкой.
После разгона двигателя ядерными взрывами его скорость увеличивается, и возрастает также количество частиц космической плазмы, инжектируемых в магнитную ловушку катушки. За счет этого увеличивается число частиц, выпадающих в конус потерь, которые затем ускоряются вдоль оси двигателя, выбрасываются из магнитной ловушки и создают реактивную тягу с внешним дополнительным источником рабочего тела. При ускорении двигателя ядерными взрывами поток плазмы взрыва может тормозиться еще следующим образом.
Вдоль оси навстречу плазме взрыва ускоряется поток электронов и заряжает двигатель положительным зарядом. Навстречу взрыву испускается мощное СВЧ-излучение. Его могут испускать либо ускоряющие системы ускорителей 42-44, либо свободные электроны, инжектированные в каналы для прохода рабочего тела например из источника 5 плазмы и ускоряемые в них электрическим полями электродов 8-10 с излучением электромагнитных волн. Ионы плазмы взрыва при этом не могут подойти к двигателю из-за электростатического отталкивания, а электронам препятствует сила рассеяния излучения. При этом между плазмой взрыва и каналами для прохода рабочего тела, заполненными излучающими электронами, образуется стоячая электромагнитная волна, которая еще больше усиливает эффект торможения плазмы взрыва силой рассеяния излучения.
При полете в космическом пространстве система электропитания в основном работает в режиме генерации малой энергии трехрежимной ядерной силовой установки, мощность которой ограничена мощностью ее системы охлаждения. Ядерные взрывы в магнитном поле могут дополнительно снабжать двигатель электроэнергией. Во-первых, они создают релятивистские электрические поля вдоль его оси, энергию которых можно запасать, сделав листы 36, 37 электропроводящими и электроизолированными друг от друга в виде батареи конденсаторов, обкладки которых перпендикулярны линии, проведенной через точку взрыва. Один из вариантов такого решения изображен на фиг.6. Двигатель 54 электрически соединен с листами 55, 56. Релятивистские поля вызывают перетекание зарядов между обкладками (листами), и конденсаторы заряжаются. Листы соединены с системой, которая обеспечивает проведение этого процесса, например она сначала соединяет электрически листы, а потом разъединяет, запасая в конденсаторах после перетекания заряда под действием поля электроэнергию. Во-вторых, жесткое гамма-излучение взрыва выбивает из материала листов комптон-электроны, которые при этом приобретают импульс и перелетают с одного листа на другой, электрически заряжая образованный этими листами как обкладками конденсатор. Запасенная электрическая энергия используется для создания тяги. Направления электрических полей в обоих рассмотренных случаях разные, поэтому эти два процесса конкурируют друг с другом.
Торможение двигателя происходит аналогично ускорению после его поворота на 180о. Полезный груз 46 экранируется от внешнего магнитного поля магнитным экраном 47, в том числе и от поля катушки. После посадки двигателя на другое небесное тело внешняя среда интенсивно засасывается внутрь двигателя устройством для засасывания вещества внешней среды и, проходя через каналы для прохода вещества внешней среды, вступает в тепловой контакт с системой электропитания двигателя, охлаждая ее при этом и позволяя перейти трехрежимной ядерной силовой установке в режим генерации энергии с большой мощностью, порядка гигаватт, за счет увеличения мощности охлаждения. Выработанная энергия преобразуется и запасается катушкой. Для охлаждения системы электропитания в этом случае можно использовать воду, лед, сжиженные газы, такие, например, как метан и аммиак, а также твердый грунт. В последнем случае в грунт закапывают тепловые трубы, которые затем соединяют с двигателем. Теплоноситель циркулирует в системе электропитания, нагревается ею, поступает в эти трубы, нагревает через них грунт и сам при этом охлаждается. При охлаждении льдом двигатель нижней поверхностью устанавливается на его верхнюю поверхность, выпускает через каналы для прохода рабочего тела нагретое рабочее тело, которое расплавляет лед, и под действием собственного веса двигатель погружается в жидкость, образованную от таяния льда, которая после этого засасывается внутрь двигателя устройством для засасывания вещества внешней среды, поступает в каналы для прохода вещества внешней среды и охлаждает систему электропитания. После накопления произведенной энергии в катушке при работе системы электропитания в режиме максимальной мощности, соответствующей мощности охлаждения веществом внешней среды, двигатель готов к старту и к новому полету.
Двигатель можно использовать для создания реактивной тяги в проводящей жидкой среде, например морской воде. При создании горизонтальной тяги проводящая жидкость поступает в межэлектродные зазоры каждой пары коаксиальных электродов 21, 22, между которыми создается радиальное электрическое поле, перпендикулярное их осям. Между электродами течет радиальный электрический ток, создающий аксиальное магнитное поле, которое воздействует выталкивающей силой Ампера на вызывающий ее ток, под действием которой проводящая жидкость выталкивается из межэлектродных зазоров каждой пары коаксиальных электродов. При этом внешнее магнитное поле (поле катушки) экранируется внешним электродом пары.
Вертикальная тяга создается при заполнении проводящей жидкостью каналов 19, 20 для прохода вещества внешней среды, поступающей затем из них в каналы 6, 7 для прохода рабочего тела, где она ускоряется так же, как это было описано выше для плазмы. Двигатель в этом направлении способен создавать тягу при движении в любой жидкости. При этом она заполняет каналы для прохода вещества внешней среды, клапаны устройства засасывания вещества внешней среды закрываются, жидкость нагревается, испытывая тепловой контакт с ядерной силовой установкой системы электропитания, при нагревании часть жидкости (возможно и вся она) испаряется, горячий пар поступает в каналы для прохода рабочего тела и за счет своего теплового давления с силой из них выбрасывается, создавая при этом реактивную тягу. Затем клапаны устройства засасывания вещества внешней среды снова открываются и т.д.
При создании горизонтальной тяги электроды 15, 16 могут приводить проводящую жидкость во вращение попеременно сначала в одну сторону вокруг оси слева от плоскости симметрии двигателя, затем в другую сторону справа, как это было описано выше для газа атмосферы. Вращающиеся в разные стороны массы проводящей жидкости сталкиваются и ускоряются в направлении от двигателя, создавая тягу.
Двигатель дополнительно может использоваться для движения в ледниках, растапливая лед под собой и опускаясь под действием своего веса, что позволяет его использовать для добычи полезных ископаемых в районах шельфовых ледников, например, Антарктиды и Гренландии. Двигатель может использовать для создания тяги материю небольших астероидов, взрывая их ядерными зарядами, что очень существенно увеличивает массу ускоряемого рабочего тела. Взрывы при этом могут осуществляться не только сзади от двигателя по ходу движения, но и спереди от него. Продукты взрывов захватываются в магнитную ловушку и ускоряются как было описано раньше. При торможении двигателя можно влетать в атмосферы планет со скоростями, намного превышающими те, с которыми входят в них космические корабли с традиционными двигателями, поскольку двигатель не испытывает непосредственного контакта с газом атмосферы, а взаимодействует с ним при помощи электромагнитных полей. Это позволит двигателю перемещаться к другим планетам по кратчайшим траекториям, поскольку гасить скорость торможения надо будет лишь в тех пределах, при которых двигатель сумел бы во время первого витка вокруг планеты в ее атмосфере удержаться на орбите вокруг нее и не проскочить мимо в открытый космос. При этом он интенсивно тормозится газом атмосферы и на следующем витке задача существенно облегчается. Это дает очень существенные преимущества двигателя перед традиционными химическими ракетными двигателями, поскольку корабли, оснащенные ими, вынуждены постоянно решать дилемму: двигаться ли к другой планете по кратчайшей траектории и тратить колоссальные количества топлива на торможение, чтобы компенсировать различие в орбитальных скоростях вращения вокруг Солнца планеты и Земли с учетом набранной второй космической скорости (как минимум) или двигаться по вытянутой траектории, при которой увеличивается время полета (очень значительно), но остается топливо на возвращение, поскольку в этом случае его тратится меньше.
Расчет двигателя проведен, и его работоспособность в принципе научно обоснована. Тяга рассчитывалась для плотностей тока 100 А/см2, которые существуют в электрической дуге в воздухе атмосферного давления и которые выдерживают работающие при температуре 2750 К с радиационным охлаждением вольфрамовые электроды [1] Эти же электроды могут выдерживать и прямой контакт с плазмой ядерного взрыва, также радиационно охлаждаясь, поскольку ток ионов плазмы в этом случае существенно меньше. В двигателе реализовано максимальное удельное содержание энергии на единицу веса двигателя, которое принципиально может быть на сегодняшний день предложено уровнем развития человеческой цивилизации для создания реактивной тяги при космических полетах, причем с ростом мощностей двигателя эта величина нелинейно возрастает.
Формула изобретения: 1. Электроракетный двигатель, содержащий ускоритель заряженных частиц, систему электропитания, источник ионизирующего излучения, расположенный на боковой поверхности двигателя, электромагнитную катушку магнитного поля, выполненную с возможностью создания магнитного поля вне двигателя, отличающийся тем, что он снабжен источником плазмы, соединенным с каналами для прохода рабочего тела, внутренние стенки которых, выполненные в виде электродов, образуют фигуры вращения, соосные с катушкой магнитного поля, нейтрализатором, хранилищем ядерных зарядов, устройством выбрасывания ядерных зарядов, при этом катушка соединена с системой накопления, хранения, коммутации и использования энергии магнитного поля для создания силы тяги, причем расстояние от внутренних стенок каналов для прохода рабочего тела до их оси симметрии не убывает в направлении выхода рабочего тела, а на выходе каналов установлена система электродов, выполненных с возможностью создания электрического поля, параллельного оси двигателя, совпадающей с осью катушки, при этом на верхней торцевой поверхности двигателя выполнен соосный с катушкой выступ, у основания которого расположен дополнительный источник ионизирующего излучения, по обе стороны от которого расположены два электрода в форме фигур вращения, соосных с катушкой, причем один из электродов установлен на верхней торцевой поверхности катушки, а другой на выступе, при этом на боковой поверхности катушки с противоположных сторон от ее оси установлены две пары коаксиальных электродов, оси которых перпендикулярны оси катушки и взаимно параллельны, а каждая пара коаксиальных электродов выполнена с возможностью свободного пролета газа атмосферы вдоль ее оси и соединена с дополнительным источником плазмы, выполненным с возможностью подачи плазмы в межэлектродный зазор коаксиальных электродов, и с источником излучения, выполненным с возможностью ионизации газа атмосферы вдоль оси коаксиальных электродов.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен ядерной силовой установкой.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой повторного сжижения водорода.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что катушка магнитного поля выполнена в виде сверхпроводящего соленоида, длина которого меньше его диаметра, и размещена в гелиевом криостате с термоизоляцией.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что источник плазмы соединен с устройством для засасывания вещества внешней среды, выполненным с возможностью охлаждения системы электропитания.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний электрод каждой пары коаксиальных электродов выполнен с возможностью экранирования внешнего магнитного поля в межэлектродном зазоре.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен отталкивающим устройством, выполненным с возможностью обеспечения отсоединения части двигателя, расположенной над катушкой, от остальной части двигателя, разведения отделенных частей вдоль оси двигателя и их последующего соединения.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен отталкивающим устройством, выполненным с возможностью обеспечения отсоединения части двигателя, включающей элементы, расположенные внутри сквозного осевого отверстия катушки и над катушкой, от остальных элементов двигателя, разведения отделенных двух частей вдоль оси двигателя и их последующего соединения.
9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях двигателя установлено по два наружных электрода, через межэлектродные зазоры которых проходит оси симметрии двигателя, выполненных с возможностью свободного пролета сквозь них частиц окружающей среды.
10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен источником тугоплавких дисперсных частиц вещества с малой работой выхода.
11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что источник тугоплавких дисперсных частиц выполнен в виде плазмохимического реактора.
12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два листа, присоединенных послойно к нижней торцевой поверхности двигателя, выполненных из материала, ослабляющего электромагнитное и нейтронное излучения со спектром ядерного взрыва, и систему, обеспечивающую возможность поочередного отсоединения листов от двигателя.