Фотонный двигатель (квантовый) — гипотетический реактивный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимальную тягу из расчёта на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
 | В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011. |
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространенная в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2-12 (в среднем 5-7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно много большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20-40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1-0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жесткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало»[источник не указан 827 дней].
При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23%[1], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвездной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению количество антивещества в межзвездной среде очень мало - порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5*106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остается актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя. [2]
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены: Это:
Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[3][4] на позитрон и π0-мезон:
π0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.
В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.
 | Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.На странице обсуждения должны быть пояснения. |
| | Данный раздел имеет чрезмерный объём или содержит маловажные подробности. Если вы не согласны с этим, пожалуйста, покажите в тексте существенность излагаемого материала. В противном случае раздел может быть удалён. Подробности могут быть на странице обсуждения. |
| | Возможно, эта часть статьи содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление.Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. |
В настоящее время существуют несколько патентов России на фотонный двигатель. Однако они содержат физические ошибки, и в отсутствие эффективных рабочих образцов эти патенты могут рассматриваться лишь как курьёзы:
 | Реактивный двигатель с силой тяги, вызываемой реактивной силой струи газа, истекающей из сопла, отличающийся тем, что сила тяги вызывается реактивной силой виртуальных фотонов, излучаемых совокупностью протонов, стабилизируемыми магнитным полем сфероида, при этом излучение виртуальных фотонов подавлено в направлении вектора тяги возвратно-поступательными колебательными движениями в этом направлении локального участка магнитного поля сфероида, вызываемыми источником колебаний. |  |
Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (Солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.
dic.academic.ru
Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции[1]. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких.[источник не указан 2788 дней].
При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 %[2], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя.[3]
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:
Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[4][5] на позитрон и π0-мезон:
p→e++π0{\displaystyle p\rightarrow e^{+}+\pi ^{0}}π0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.
В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.
ru-wiki.org
April 11, 2016
Мысль о том, что благодаря новейшим мощным лазерным установкам космический корабль сможет преодолеть расстояние, отделяющее нас от Марса всего за три дня похожа на фантастику. Но по результатам тестирований которые осуществили научные работники Калифорнийского университета что в Санта-Барбаре, это вполне реально. По их словам, корабль сможет долететь до марса всего за трое суток. Все это станет возможным благодаря использованию двигателя нового типа, а именно фотонной силовой установки, в основе которой будет лежать новый мощный лазер. С таким двигателем космические корабли смогут не только путешествовать по нашей солнечной системе, а и покидать ее пределы и отправляться вглубь космоса на релятивных скоростях
По словам Филипа Лубина, профессора физических наук Калифорнийского университета, уже сделан ряд открытий, которые способны превратить фотонный двигатель из объекта научной фантастики в реально работающее устройство. И нет никаких причин, которые могли бы уже сейчас помешать сделать это. Группа ученых во главе с профессором получила финансовую поддержку для исследования двигателя фотонного типа в рамках проекта Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration. И уже сейчас ведется разработка алгоритма работы по созданию первого в истории космолета, на котором будет установлен первый фотонный двигатель.
Результатом всей работы группы исследователей должен стать космический аппарат, запущенный на орбиту нашей планеты и оснащенный фотонной силовой установкой и солнечным парусом. Когда аппарат пройдет все необходимые тесты, он будет запущен и уйдет за пределы нашей солнечной системы.
По расчетам создателей, фотонный двигатель позволит аппарату весом в сто килограммов разогнаться до огромной скорости и достигнуть марса уже в течении трех суток. Если же такой агрегат оснастить персоналом, он получит большую массу и сможет долететь до красной планеты уже за месяц.
На расстоянии всего 25 световых лет от нашей солнечной системы находятся множество планет, на которых потенциально могла бы существовать жизнь. И скорее всего, первым устройством, которому удастся добраться до одной из них и будет аппарат оснащенный двигателем фотонного типа. Перед учеными лежит еще очень много направлений для исследований, и, по словам Филипа Лубина, интенсивно работать нужно уже сегодня.
Помимо космических путешествий вглубь межпланетного пространства, фотонный двигатель получит и другие применения. Ведь лазер, который способен придать аппарату скорость до 25% от скорости света способен эффективно защитить наш мир от столкновения с различными космическими телами, такими как кометы и астероиды. Данная разработка станет новым толчком в области исследования космоса, и положат начало новой эре экспансии космоса человеком. Подготовку к многолетним путешествиям, способным открыть для человечества новые миры, пригодные к жизни, нужно начинать уже сейчас.
lab-37.com
Тематика покорения космоса в наше время уже не такая популярная, как во времена СССР. На это влияет огромное количество факторов, но основным можно назвать именно отсутствие эволюции в техническом сегменте. Однако русский ученый Владимир Семенович Леонов работает над созданием квантового двигателя.
Хочется начать с истории великого человека – Владимира Семеновича Леонова, но, к сожалению, информации, о нем не так уж и много. Однозначно можно сказать, что данная выдающаяся личность является физиком-теоретиком и непосредственно экспериментатором. Также Леонов становился лауреатом премии Правительства России в номинации техники и науки. Занимает место в первой сотне лидеров промышленности и науки Содружества. Он признавался директором года в СНГ в 2007 году. Является главным конструктором, а также руководителем ЗАО «НПО Квантон». Леонов выступает автором научных открытий квантона (кванта пространства-времени). Именно Леонов создал теорию Суперобъединения. Данная теория была признана теорией века, а ее направление было новым дыханием в энергетике (как наземной, так и космической).
Также в 2007 году Леонов построил собственную лабораторию, которая так и была названа - «Лаборатория Леонова». После, через непродолжительное время, он начал ставить эксперименты с гравитацией, суть которых заключалась в управлении. Точнее сказать, он работал над созданием такого двигателя, который создавал бы тягу без вызволения реактивной массы. В итоге ученный отчасти добился этого, сейчас его творения величают как «квантовый двигатель Леонова», многие утверждают, что это и есть двигатель будущего.
Вот так буквально в нескольких словах можно рассказать о данной персоне. Как можно заметить, личность Леонова непубличная и известна лишь в малых кругах, однако его открытия получили большую огласку. Вот именно на них и хочется остановиться подробнее.
В первую очередь необходимо начать с того, что послужило предпосылкой создания двигателя Леонова. А это непосредственно теория, которая получила название Суперобъединения. Названа она так, потому что призвана объединить четыре взаимодействия. Но на данный момент наука признает существование всего лишь трех, недостает четвертого элемента — гравитационной силы. Сама теория взяла свое начало из теории струн и суперсимметрии Альберта Эйнштейна. Дабы не вдаваться в подробности по этой теме, стоит сказать лишь, что именно теория Суперобъединения способна вывести такую науку, как энергетика, абсолютно на новый уровень.
И все же заключается она в том, что предполагает повсеместное наличие различных элементов, которых, к сожалению, нынешняя наука совсем не учитывает. Однако эти элементы поддавались огласке, и не кем-нибудь, а самим создателем Периодической таблицы элементов — Менделеевым. Даже больше, первоначальный вид таблицы включал в себя два нулевых элемента. Но увы, после ее переработали и убрали «ненужные» частицы. Важен для теории Суперобъединения элемент под названием Ньютоний, он являлся элементом эфира. Сам Менделеев возлагал на Ньютоний огромные надежды, а назвал он его так в честь великого ученого-физика Ньютона.
Рассказывая о достижениях ученого, в первую очередь упоминают о его величайшем агрегате, получившем название квантовый двигатель Леонова. При создании его автор как раз и обращался к такому элементу, как Ньютоний. Однако сам Леонов его так не называл, он величал его кантоном, говоря, что только лишь на взаимодействии с этим элементом можно будет создать силовую установку совершенно нового поколения.
Исходя из этого, можно с уверенностью заявить, что теория Суперобъединения имеет право на существование, что многие ученые пытаются опровергнуть. Однако Леонов нашел в себе смелость вернуться в прошлое и вспомнить о забытом элементе, да не просто вспомнить, а использовать его как отправную точку в своих исследованиях.
Далее в статье пойдет речь непосредственно о самом двигателе.
В первую же очередь, говоря об агрегате под названием квантовый двигатель, стоит забыть о таком явлении, как фотонный двигатель. Это говорит сам автор, так как второй двигатель имеет абсолютно иную схему и не схож с квантовым. Сейчас для ясности картины стоит осветить их главные отличия. Суть в том, что фотонный двигатель работает за счет аннигиляции антивещества и вещества, то есть создает реактивную тягу, которая и толкает объект. Квантовый двигатель работает совсем по-иному. Для движения он использует энергию гравитационных волн и упругость самого пространства. Данный вариант ученые сразу же отвергли, назвав его работу лженаукой, а сейчас лишь стараются модернизировать то, что давно уже было создано и попросту исчерпало свой потенциал. И это, грубо говоря, не нужно доказывать, всего-навсего необходимо взять характеристики первой полноценной ракеты Вернера фон Брауна и современной. Дело в том, что современный двигатель ракеты всего лишь в два раза превышает показатели первой. Из этого следует вывод, что достигнут абсолютный предел, и дальнейшие работы в этом направлении будут или безуспешными, или же попросту бессмысленными.
Например, ядерный ракетный двигатель очень опасен, а электродвигатель не способен показать большую тягу, то есть он непригоден для запуска ракет в космос. А если взглянуть на двигатель Леонова, то он кажется невероятно перспективным. Нельзя даже представить, какие последуют перемены, если его успешно реализуют. Однозначно, что в корне преобразуются технологии и, в частности, техника. Дабы хоть чуть-чуть понять его потенциал, достаточно сказать, что теоретически с помощью него до Луны можно добраться за четыре часа, а до Марса - всего лишь за двое суток.
На веку Леонова Владимира Семеновича было невероятное количество опытов и различных экспериментов. Однако когда у него спрашивают об этом, он сразу же начинает говорить о самом выдающемся, который произошел в 2009 году. Сам экспериментатор утверждает, что тогда он смог создать квантовый гравитационный двигатель, который придавал ускорение объекту, не используя в этом деле реактивную силу. Это стало точкой отсчета, ведь с того времени Леонов смог вертикально поднимать объект по направляющим рельсам, не задействуя при этом привод на колеса. Это явление, по словам самого создателя, подтверждает ту теорию, о которой говорилось выше.
После ошеломительного успеха настал час затишья, и спустя пять лет, только в 2014 году, были проведены стендовые испытания, где был представлен двигатель будущего. Результаты он продемонстрировал невероятные: при том, что его вес составлял пятьдесят четыре килограмма, импульс тяги достигал невообразимых семьсот килограмм-сил, в то время как ускорение было 10 джоулей. Интересно также то, что сам двигатель требует лишь электроэнергии и может работать без тела. Также исходя из этого опыта было установлено, что затраты электроэнергии составляют всего лишь один киловатт. Эти характеристики ошеломительные, ведь самый современный реактивный двигатель ракеты, который существует сейчас, генерирует лишь одну десятую килограмм-силы, растрачивая тот же один киловатт электроэнергии.
Теперь остается лишь только представлять, что случится, если квантовый двигатель будет создан. Тогда полезный груз ракеты достигнет девяноста процентов. И это притом, что он сейчас составляет лишь мизерные пять процентов.
Несмотря на проведенные опыты, большинство ученых в этой области к двигателю Леонова относятся скептически, говоря о том, что его творение в условиях вакуума работать не будет.
Сам же Владимир Семенович отвечает тем же, выступая против РАН и комиссии по борьбе со лженаукой, в частности. В 2012 году он заявил, что деятельность ее можно назвать попросту преступной, а разговор о том, что его проект безнадежный – дезинформацией. Также у Леонова бытует мнение, что комиссия – это зарубежный спецпроект, который призван пресечь технический прогресс его страны.
Также нельзя не заметить, что разработки в этом направлении ведутся не только на территории России, но и за рубежом, в частности, на западе. Однако квантовые ракетные двигатели США, Россия и Китай делают по-разному, точнее будет сказать, их схемы попросту различаются, ведь никто не хочет открывать своих тайн. Но успех у наших коллег за рубежом незначителен, в отличие от отечественного прорыва.
Нельзя не отметить бодрый энтузиазм Леонова и его патриотизм, он попросту не взирает на заявления РАН и уверен, что модернизация и экономический рост придут всего лишь через два-три года. Это, кстати, сопоставимо с обещаниями президента Российской Федерации Владимира Путина.
Леонов также критикует и открытие Бозона Хиггса. Еще в 2012 году он выступал против этой идеи, говоря, что проблема решена была еще в 1996 году, когда был обнаружен нулевой элемент в Периодической таблице Менделеева – тот самый квантон.
Выше по тексту было перечислено множество преимуществ квантового двигателя по сравнению с реактивным или фотонным. Но все же стоит собрать все в одном месте и объединить все в список для удобства. Итак, двигатель Леонова имеет следующие достоинства:
Конечно же, это неполный перечень положительных качеств двигателя, ведь все это существует только в теории. И только после реализации станет на сто процентов понятно, на что он способен.
Стоит теперь упомянуть, где же все-таки этот двигатель может быть применен. Конечно же, основной средой для него является космос. Он для этого и будет создан, но все же есть и другие области применения. Помимо ракет, квантовым двигателем можно будет обустроить машины, морской транспорт, железнодорожный, самолеты и подводные аппараты. Также он отлично впишется для электроснабжения обычных жилых помещений. Еще он подойдет для проведения спекания строительных материалов током.
Таким образом, данное открытие позволит обеспечить огромные сегменты, что в несколько раз облегчит и улучшит жизнь миллионов людей.
Конечно же, нельзя забывать и о том, как подпитывать квантовый двигатель, ведь каким бы он идеальным ни был, ему требуется сырье для работы. И источник этот должен быть невероятно мощным. Для обеспечения отлично подойдет реактор холодного ядерного синтеза, который, в свою очередь, работает на никеле.
Этот реактор намного лучше уже существующих, ведь всего один килограмм никеля в режиме холодного ядерного синтеза способен выделить столько энергии, как один миллион килограмм бензина.
Все вышесказанное, конечно же, передает все технические аспекты и преимущества двигателя, но, как говорится, все познается в сравнении. Что будет, если провести параллели между современными ракетными двигателями и квантовым двигателем Владимира Семеновича Леонова?
Итак, современные космические двигатели на один киловатт мощности способны добиться тяги, равной одному ньютону, это равносильно одной десятой килограмм-силы. Квантовый же двигатель превосходит ракетный в несколько раз. На тот же один киловатт тяга составляет у него пять тысяч ньютонов, что равносильно пятистам килограмм-силы. Как видно разработка Леонова способна многократно увеличить КПД, что, в свою очередь, подарит человечеству новую технологическую эру.
fb.ru
Нужен очень мощный источник света, такой, чтобы импульса света хватило на то, чтобы отдачей отбросить этот источник света в другую сторону. На сегодня известен только один из таких источников, это реакция аннигиляции антивещества. Первая проблема состоит в том, что получать антивещество это очень дорогое удовольствие. Вторая проблема состоит в том, что нет способа хранить произведенное антивещество. То есть, фактически, фабрика по производству антивещества должна находиться в самом звездолете, чтобы произведенное антивещество тут же аннигилировать.
Для полетов на другие планеты фотонный двигатель не нужен. Фотонный двигатель нужен для полетов к другим звездам. Для полетов на другие планеты солнечной системы достаточно ионолетов и электролетов. Их двигатели используют коллайдеры, которые разгоняют заряженные ионы и выбрасывают их в пространство. Это гораздо дешевле и над этим реально уже работают. По прогнозам осталось ждать лет 30-40.
Ионный двигатель, созданный американскими учёными, на испытаниях проработал чуть ли не 50 000 часов беспрерывно, израсходовав ксенона меньше тонны, а точнее – 870 кг.
Известно, что недостатком такого двигателя является слабое тяговое усилие, а мощности он потребляет не более 7 кВт. Работающее на ионизированном газе , такое устройство давно описано писателями-фантастами. Но по сравнению с возможностями литературной модели настоящий ионный двигатель оказался малоэффективным.
Впервые применён был он на космическом аппарате «Дальний космос-1» в 1998 году ведомством NACA. Принцип работы ионного двигателя состоит в разгоне ионизированного газа в электростатическом поле. Создаваемая при этом реактивная тяга толкает космический аппарат в безвоздушном пространстве. Тот полёт был успешным.
Учёные прогнозируют гибель Земли от воздействия солнечного излучения примерно через 1 000 000 000 лет. Если человечество ещё выживет к тому времени, то будет вынуждено спасаться, то есть переселяться на другие планеты ближайших звёзд. Межзвёздные перелёты являются сегодня большой проблемой для людей.
К примеру, до проксимы Центавра свет летит более 4-х лет. Если двигаться с одной сотой скорости света, то полет до ближайшей планеты займёт 400 лет! Сегодня самая высокая космическая скорость около 47 км/сек. Одна сотая скорости света 3 000 км/сек. Ясно, что для межзвёздных полётов существующая космическая техника непригодна.
В 70-х годах прошлого века разрабатывался в Великобритании термоядерный двигатель для ракет. По проекту «Дедал» в космосе планировалось построить аппарат длиною чуть ли не в полкилометра для полёта к звезде Барнарда. Длительность космического путешествия в одну сторону оценивалась в 40-50 лет. Топлива для аппарата потребовалось бы 100 000 тонн! Но этот проект был закрыт из-за технических сложностей.
Описан в фантастической литературе и фотонный двигатель. Ракета с ним может разгоняться почти до световой скорости. В основе работы такого двигателя лежит распад антивещества. Большой проблемой при этом является получение такого топлива и его хранение. Поэтому учёные предполагают, что наиболее вероятным в будущем на ракетах станет ионный двигатель, которому требуются для работы лишь газ и электричество.
Стартовать космическому аппарату с таким движителем придётся из космического пространства. Куда будет переселяться человечество? Сегодня найдено только в Млечном пути уже около 2 000 000 000 экзопланет. Какая-то из них и станет второй Землёй в будущем.
Современная космонавтика пока освоила лишь околоземное пространство. Следующим этапом является освоение ближайших космических объектов: Луны и Марса, в перспективе Венеры и спутников Юпитера. При этом, учитывая последние достижения в области создания ядерных энергетических установок и электрических двигателей для космических кораблей, реальные пилотируемые полеты к Марсу смогут быть реализованы лишь в 30-х годах XXI века. О системе Юпитера, и тем более еще более дальних планет, говорить пока вообще не приходится.
Тем не менее, несмотря на столь скромные достижения в освоении космического пространства, коллективы энтузиастов смотрят в далекое будущее, пытаясь приблизить его. Речь идет о возможности межзвездных полетов.
Учитывая, что расстояние до ближайшей звезды Альфа Центавра порядка 4,5 лет, полет космического корабля c самыми лучшими современными технологиями займет невероятные сроки десятки тысяч лет. Даже скорость в 200 км/с, которую теоретически может позволить гигантский солнечный парус потребует более 6000 лет полета. Что же касается проекта Орион с термоядерным импульсным двигателем, то хотя его скорость и может приблизиться к 1/10 световой, это потребует столь гигантского количества топлива, что стоимость подобного корабля вряд ли будет посильна даже для всего человечества. К тому же срок полета все равно будет составлять сроки, превышающие жизнь нескольких поколений.
Еще в XX веке ученые предложили силовую установку, которая смогла бы разогнать космический корабль до скорости, близкой к световой. Это фотонный двигатель, реактивная струя которого представляет поток гамма-квантов, образуемых при реакции вещества с антивеществом. Конструкцию подобного двигателя пока настолько трудно представить, как столетие назад лвс сети и карманные компьютеры. Общий принцип, тем не менее, вполне понятен. В качестве топлива предлагается использовать антивещество. При его реакции с обычным веществом, происходит аннигиляция с его преобразованием в кванты гамма-диапазона. В результате высвобождается 100% энергии вещества. Это самая эффективная реакция, которая сегодня известна. Для сопоставления достаточно сказать, что 1 кг такого топлива эквивалентен 40 мегатонному термоядерному заряду.
Несмотря на столь заманчивые перспективы, технические трудности для реализации фотонного двигателя пока непреодолимы. Одной из самых серьезных проблем является изготовление поверхности, которая могла бы отражать гамма-лучи. Второй проблемой является хранение антивещества, ведь здесь потребуются хранилища из электромагнитных полей. До последнего времени подобные хранилища были способны хранить сотни тысячи античастиц, причем время, измеряемое секундами. Это далеко не килограммы топлива. Наконец, каким образом можно добыть столь большое количество антивещества, которое было бы достаточно для всего космического полета? Естественно, очень остро стоит вопрос безопасности.
В популярной литературе иногда «подсчитывают» время перелета до ближайшей звезды делением расстояния до нее на начальную и вдобавок геоцентрическую скорость, а именно на третью космическую скорость 16,65 км/с. Получается 77 000 лет. Разумеется, такое деление не имеет физического смысла. Как уже говорилось, полет при названной начальной скорости до границы сферы действия Солнца должен продолжаться 1,1 млн. лет. Кроме того, даже если забыть о поистине геологическом масштабе времени перелета, при таком полете скорость на границе сферы действия Солнца равна нулю, и, значит, у космического корабля не больше шансов на встречу со звездой, чем у самого Солнца.
Если говорить о пилотируемых полетах к звездам , то ясно, что на расстояниях, измеряемых световыми годами, полеты должны происходить со скоростями, близкими к скорости света.
Это требует колоссального расхода энергии, что, в свою очередь, возможно только при условии полного превращения массы рабочего тела в энергию электромагнитного излучения по формуле Эйнштейна где энергия, масса покоя, с — скорость света. Предполагается, что одна половина рабочего тела представляет собой вещество, а другая — антивещество, которые, вступая в реакцию, аннигилируют, т. е. превращаются в электромагнитное излучение.
Получаемому электромагнитному излучению придается направленный характер, т. е. поток фотонов устремляется в одном определенном направлении подобно лучу прожектора. Фотонный, или световой, двигатель звездолета и представляет собой, по существу, такой прожектор колоссальной мощности. И, как всякий прожектор, такой двигатель должен иметь экран — зеркало, отражающее поток фотонов в сторону, противоположную направлению полета. Это огромное зеркало — своеобразное сопло фотонного двигателя — будет, видимо, наиболее примечательной деталью конструкции звездолета.
В настоящее время существуют лишь самые общие и смутные представления по вопросам о том, каким путем может быть добыто антивещество; как оно может быть сохранено, чтобы не прореагировало со стенками баков, и что собой должны представлять эти баки; как должно быть устроено зеркало-отражатель, чтобы оно не испарилось под действием излучения.
Источники: otvet.mail.ru, cyberleninka.ru, inoplanetyanin.ru, informatik-m.ru, books.sernam.ru
В настоящее время в боевом составе Военно-морского флота России находятся 2 стратегические атомные подводные лодки класс ”Акула”. ...
Американский инженер Аллен Пэн сконструировал световой меч из «Звездных войн», роль лезвия в оружии исполняет струя горящего ...
Сингапур – это и остров и город, и государство. Обязательно стоит посетить "Город льва и храма" ...
Тайна смерти Гоголя до сих пор не дает покоя как огромному количеству ученых и исследователей, так и ...
Ущелье Сармишай, или Сармыш, находящееся на южном склоне Нуратинского хребта, поражает величественностью, многообразием и исторической ценностью. Сармыш является самым колоссальным сборником посланий древних...
Когда не было такого изобилия косметических средств, как сейчас женщины использовали универсальное средство – пчелиный мед. И до сих пор современные косметические салоны используют его в...
objective-news.ru
Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции[1]. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких.[источник не указан 2836 дней].
При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 %[2], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя.[3]
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:
Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[4][5] на позитрон и π0-мезон:
p→e++π0{\displaystyle p\rightarrow e^{+}+\pi ^{0}}π0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.
В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.
Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.
ru.wikiyy.com
Фотонный двигатель (квантовый) — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции[1]. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких.[источник не указан 2838 дней]К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан).
При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 %[2], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя.[3]
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:
Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[4][5] на позитрон и π0-мезон:
p→e++π0{\displaystyle p\rightarrow e^{+}+\pi ^{0}}π0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.
В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.
Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.
К:Википедия:Статьи без изображений (тип: не указан)
wikipedia.green
