Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Электроядерный реактивный двигатель (ЭЯРД) — реактивный двигатель, в котором для образования реактивной струи используется энергия деления ядерного топлива под действием ионных (протонных) пучков получаемых в ускорителе, и передаваемая эффективному теплоносителю (гелий, водород). Оличается исключительно большой мощностью, теплонапряжением в т.наз «горячей зоне», и гигантским удельным импульсом. В настоящее время не существует рабочего образца такого двигателя, и работа над ним находится в стадии экспериментальных исследований.
История (ЭЯРД) сравнительно молодая, и начинается в 2001 году от опытов по делению ядер в г.Дубна с помощью мощных ионных пучков. В ходе экспериментов было получено доказательство возможной и выгодной энергетически, области применения этого явления для производства энергии с помощью ускорительной техники, а также возможности трансмутации радиоактивных отходов. Особо важным и показательным результатом, оказался эксперимент с бомбардировкой протонами мишеней изготовленных из свинца и висмута. В этом эксперименте удельный выход энергии превысил затраты в 5-7 раз. В тоже время возникла и концепция электроядерного двигателя для космических транспортных средств.
Электроядерный ракетный двигатель схож по потребляемому топливу с другими ядерными двигателями, но в отличие от последних он обладает существенными отличиями. Так например отсутствие условий на критичность, существенным образом упрощает его производство и облегчает установку в целом. Принцип работы данного реактивного двигателя состоит в следующем: мишень сферической формы (уран, плутоний, торий) подается с высокой (сверхзвуковой) скоростью в камеру деления, в которой облучается несколькими ионными пучками. При таком импульсном облучении, мишень сжимается проходя критический размер и массу, и атомы топлива мишени под действием ионного пучка делятся с выделением значительного количества энергии.
Одним из важнейших преимуществ электроядерных двигателей перед другими ядерными двигателями является отсутствие условий критичности конструкции самого двигателя, так как камера деления представляет собой реактор инерциального деления. Другим приемуществом является широкий диапазон применяемого топлива и возможность реализации комбинированного ядерно-термоядерного топливного цикла. В последнем случае, топливные мишени представляют собой полые сферы изготовляемые из природного урана и заполняемые дейтеридом лития с необходимыми функциональными добавками.
В основном ряду недостатков такого двигателя, является: сложность фокусировки протонных пучков в условиях высокого давления в камере деления, что в свою очередь предъявляет более высокие требования к начальной мощности пучков и соответственно стоимости ускорителя. Другим недостатком является сверхвысокая мощность радиоактивного излучения из эпицентра камеры деления и высокие ударные нагрузки, так как деление мишени по-существу представляет собой ядерный микровзрыв. Сложность временной и геометрической синхронизации ионных пучков (влияние магнитных полей, струй газа и плазменные эффекты).
traditio.wiki
milit. Protonen-Raketentriebwerk
Универсальный русско-немецкий словарь. Академик.ру. 2011.
Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда — (поле коллектора показано видимым) Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда … Википедия
Термоядерная реакция — Схема реакции дейтерий тритий … Википедия
Ядерный синтез — Схема реакции дейтерий тритий Ядерные процессы Радиоактивный распад Альфа распад Бета распад Кластерный распад Двойной бета распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный… … Википедия
Ядерная физика — У этого термина существуют и другие значения, см. Ядерная физика (значения). Ядерная физика … Википедия
Атомное ядро — Ядерная физика … Википедия
Деление ядра — Ядерная физика … Википедия
Command & Conquer: Red Alert 3 — Command and Conquer: Red Alert 3 Разработчик EA Los Angeles Издатель Electronic Arts Локализатор SoftClub ( … Википедия
Протонная терапия — 2005 г. Пультовая комната синхроциклотрона в центре протонной терапии Orsay, Франция. Протонная терапия … Википедия
Введение в ядерную физику — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · М … Википедия
Физика атомного ядра — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · М … Википедия
Физика ядра — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · М … Википедия
universal_ru_de.academic.ru
aerodyn. Protonenantrieb, Protonentriebwerk
Универсальный русско-немецкий словарь. Академик.ру. 2011.
Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда — (поле коллектора показано видимым) Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда … Википедия
Ядерная физика — У этого термина существуют и другие значения, см. Ядерная физика (значения). Ядерная физика … Википедия
Атомное ядро — Ядерная физика … Википедия
Деление ядра — Ядерная физика … Википедия
Термоядерная реакция — Схема реакции дейтерий тритий … Википедия
Ядерный синтез — Схема реакции дейтерий тритий Ядерные процессы Радиоактивный распад Альфа распад Бета распад Кластерный распад Двойной бета распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный… … Википедия
Протонная терапия — 2005 г. Пультовая комната синхроциклотрона в центре протонной терапии Orsay, Франция. Протонная терапия … Википедия
Command & Conquer: Red Alert 3 — Command and Conquer: Red Alert 3 Разработчик EA Los Angeles Издатель Electronic Arts Локализатор SoftClub ( … Википедия
Command \x26 Conquer: Red Alert 3 — Command Conquer: Red Alert 3 Command Conquer: Red Alert 3 Разработчик EA Los Angeles Издатель Electronic Arts … Википедия
Введение в ядерную физику — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · М … Википедия
Физика атомного ядра — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · М … Википедия
universal_ru_de.academic.ru
Протонный потенциал движет бактерией
В 1956 году, то есть за пять лет до публикации своей знаменитой гипотезы, Митчел напечатал заметку о возможных механизмах движения флагеллярных бактерий. Один из них мы опустим за ненадобностью (он казался фантастичным и оказался таковым). Но вот другой Митчелов вариант лег в основу нашей рабочей гипотезы спустя «каких-то» 18 лет.
Митчел обратил внимание на то, что «кирпичи» флагеллина в бактериальном жгутике уложены таким образом, что в поперечном сечении жгутик имеет вид толстостенной полой трубки. Что, если, подумал Митчел, эта трубка — гигантский канал, ведущий из бактерии во внешнюю среду? По такому каналу можно было бы, например, выпускать из бактерии ионы К+, которые каким-то образом аккумулируются бактерией, поступая внутрь клетки через всю ее поверхность. А может быть, это канал для входа в клетку ионов Н+ (!), откачивающихся через клеточную поверхность? По Митчелу, в любом из этих случаев вдоль наружной поверхности клетки должен возникать ток ионов, который мог бы приводить в движение бактерию.
Протонный потенциал движет бактерией
В 1974 году Дж. Адлер и его сотрудники опубликовали в США работу по движению мутанта кишечной палочки, лишенного способности синтезировать АТФ за счет дыхания. У мутанта включение дыхания никак не влияло на количество АТФ, который образовывался исключительно за счет брожения. Казалось, дыхание идет на холостом ходу и бесполезно для клетки. К своему удивлению, авторы статьи обнаружили, что это «холостое» дыхание способно поддерживать движение мутантной бактерии.
Они удивились еще больше, когда измерили скорость движения бактерий, обработанных арсенатом. Такая обработка снижала количество АТФ в клетке до практически неизмеримого уровня. И тем не менее лишенные АТФ бактерии отлично двигались, если в среде был кислород и протекал процесс дыхания.
Остановить бактерии удалось, добавив протонофор.
Авторы заключили, что непосредственным источником энергии для движения бактерий служит не АТФ, а какой-то другой компонент, образуемый дыханием. («Промежуточный продукт окислительного фосфорилирования», — писали Адлер и его коллеги, не искушенные в премудростях хемиосмотической гипотезы.)
В то время концепция протонного потенциала была далеко не общепринятой даже в кругу биоэнергетиков. Поэтому вряд ли стоит удивляться, что микробиолог Адлер сформулировал свой вывод в рамках старой схемы, предполагавшей существование каких-то особых химических соединений, образуемых дыханием и потребляемых АТФ-синтетазой.
Однако для меня тогда уже было ясно, что у этих двух систем есть только один общий продукт — протонный потенциал. Стало быть, мутант кишечной палочки, исследованной американскими микробиологами, образовывал за счет дыхания протонный потенциал, который, по-видимому, и служил источником энергии для движения бактериальной клетки. Именно такое толкование опытов Адлера я предложил, выступая летом 1975 года на очередном съезде европейских биохимиков.
В подтверждение своей правоты я привел данные опытов, поставленных А. Глаголевым на пурпурной фотосинтезирующей бактерии. Испытывая различные комбинации ферментных ядов и разобщителей-протонофоров, Глаголев показал, что скорость движения микроба пропорциональна величине протонного потенциала, а не количеству АТФ. Это был важный шаг вперед по двум причинам.
Во-первых, стало ясно, что эффект Адлера не есть некое исключительное свойство или следствие «уродства», присущее одному только мутанту кишечной палочки. Скорее это характерная черта дыхательного аппарата бактерий вообще, поскольку она проявляемся и у мутанта кишечной палочки, и у столь отдаленного в эволюционном отношении вида, как пурпурная бактерия-фотосинтетик, причем нормальный, а не мутантцый штамм. Существенно, что в качестве исходного энергетического ресурса для движения эти бактерии в отличие от кишечной палочки использовали свет, а не дыхание.
Во-вторых, Глаголев не в пример Адлеру «знал, где искать»: он мерил не только АТФ и скорость движения, но и мембранный потенциал. Обнаруженная им линейная зависимость между скоростью движения и потенциалом явилась сильным доводом в пользу нашей рабочей гипотезы.
Тем не менее нужен был прямой эксперимент. И он был вскоре поставлен.
Мы рассуждали таким образом. Если свет у нашей бактерии (или дыхание у кишечной палочки) нужен для движения только постольку, поскольку за их счет генерируется протонный потенциал, то можно получить подвижность и в отсутствие света (или дыхания), создав этот потенциал искусственно. Как это сделать?
Прежде всего необходимо перекрыть все пути образования протонного потенциала белками-генераторами. Затем к таким неподвижным уже бактериям надо добавить, например, кислоту, но не столько, чтобы, избави бог, их убить, а небольшое количество, которое просто создало бы некоторую избыточную концентрацию ионов водорода во внешней среде по сравнению с цитоплазмой бактериальной клетки. Поскольку в обычных условиях протонные генераторы бактерий откачивают ионы Н+ из клетки во внешнюю среду, то добавка кислоты должна имитировать включение генераторов.
С нетерпением я ждал результата этого опыта. Исполнится ли удивительное предсказание гипотезы: очнутся ли от паралича бактерии, отравленные целым коктейлем ядов, если в среду просто добавить немного соляной кислоты?
Опыт такого типа называют «острым». Гипотеза, положенная в основу острого опыта, выбирает из множества один-единственный вариант ответа системы на предполагаемое воздействие. Бактерии неподвижны из-за нехватки энергии. Так почему бы не добавить к ним АТФ — энергетический ресурс всех уже известных механизмов биологической подвижности? Или какой-нибудь другой нуклеозидтрифосфат, пирофосфат, фосфоэнолпируват, ацетилфосфат, ацетилкофермент А, то есть вещества, известные своей способностью оплачивать энергозатраты на отправление определенных биологических функций? А если уж менять рН среды, то почему добавлять кислоту, а не щелочь?
Из всех этих возможностей гипотеза «протонного мотора» прямо указывала на одну. «Добавь кислоты, и они задвигаются!» — подсказывала гипотеза Глаголеву, наблюдавшему в микроскоп обездвиженные бактерии. Они беспомощно броунировали в капле ядовитого раствора, как если бы это были не живые существа, а крупинки китайской туши. Рядом, на том же предметном стекле, — капелька кислоты. Глаголев осторожно смешивает две капли. Что это? Поплыла одна, другая, третья — и вот уже во всем поле зрения появились подвижные бактерии, проворно и как-то деловито, осмысленно снующие в самых различных направлениях.
Удача? А может быть, капля кислоты просто разбавила яды?
Опыт повторяется, но вместо кислоты берется капелька воды. Нет эффекта: бактерии по-прежнему неподвижны. Еще один контроль: вместо кислоты добавляется щелочь. Эффекта нет и в этом случае.
А вдруг кислота разрушила какой-то из ядов? Это крайне маловероятно: ведь изменение кислотности среды в общем-то невелико. И тем не менее...
В работе с такой сложной системой, как живое существо, пусть даже мельчайшее, одноклеточное, всегда можно найти несколько объяснений любому факту. Однако стоящая гипотеза тем и хороша, что она не только объясняет старые факты, но и предсказывает новые. Именно так было установлено, что подвижность возвращается при добавке кислоты к отравленным ядами бактериям.
Что же, отправимся дальше по пути, указанному гипотезой. Легко сообразить, что движение, вызванное кислотой, должно быть явлением временным. По мере поступления ионов водорода в бактерию кислотность внутри клетки должна повышаться, так что в конце концов внутри станет так же «кисло», как снаружи. Это значит, что протонный потенциал рассеется и бактерия остановится.
Известно, что время, необходимое, чтобы уравнялись концентрации ионов Н+ между бактерией и средой, измеряется несколькими минутами. Значит, вызванное кислотой движение должно прекратиться спустя минуты.
И действительно, через три минуты после добавки кислоты поле под микроскопом являло собой печальную картину, которую мы наблюдали в начале опыта: бактерии были неподвижны.
Вот вам и разрушение яда кислотой! Что же это он сначала разрушился, а потом, когда кислота проникла в клетку, опять образовался?
Конечно, нет.
А может быть, вообще клетка становится неподвижной, когда цитоплазма подкислилась?
Все может быть. Но заметьте, каждый следующий факт, предсказанный нашей гипотезой, требует от оппонента какого-нибудь нового предположения. Наша точка зрения ведет к новым фактам, противоположная — к новым предположениям.
И все же проверим, как влияет сама по себе кислотность среды на движение бактерий. Исключим из среды яд, мешавший производству протонного потенциала за счет света, и посмотрим, не обездвижутся ли бактерии при подкислении среды. Оказывается, этого не происходит. В подкисленной среде бактерии весело плавают до тех пор, пока не выключишь свет.
Итак, к чему же мы пришли? Протонный потенциал движет бактерией. Но как? Есть только один путь: ионы Н+ входят в бактерию и «походя» вращают М-диск, а с ним и всю флагеллу. Почему ионы Н+ идут внутрь клетки? Да просто потому, что их снаружи больше, чем внутри. Ведь не зря же мы добавили НС1, которая в воде полностью диссоциирует на Н+ и Сl-.
Если все это так, можно включить механизм движения и другим способом: создать, например, внутри клетки избыток отрицательных зарядов. Тогда даже при равенстве концентраций ионов Н+ внутри и снаружи клетки эти ионы будут поступать внутрь за счет электрических сил, перемещаясь от плюса к минусу.
Сказано - сделано! На стекле две капли. В одной неподвижные, отравленные ядовитой смесью бактерии, в другой еще один яд, антибиотик валиномицин. Этот агент резко повышает проницаемость мембран для ионов калия (К+).
Раствор валиномицина, как и среда с бактериями, не содержит ионов К+. В то же время внутри бактерий много этих ионов. Если теперь слить две капли, то валиномицин атакует бактерии, повысит их калиевую проницаемость и разрешит ионам К+ выйти из бактерии, где их избыток по сравнению с окружающим раствором.
Выходя, ионы К+ зарядят внутренность клетки отрицательно, этот минус притянет К+, и, двигаясь внутрь, Н+ запустит протонный мотор. Бактерии поплывут. Таково предсказание гипотезы.
А что получилось в опыте на самом деле? Бактерии задвигались и вновь через положенное время, когда уравнялись концентрации К+ внутри и снаружи клетки, остановились.
Предвидя новое возражение оппонента (а вдруг валиномицин работал у нас не переносчиком калия, а кем-то еще), мы поставили контрольный эксперимент, где бактерии находились в среде с высоким содержанием калия. Теперь калия было много и внутри и снаружи клетки. В таких условиях валиномицин не включал механизма подвижности. Эффект валиномицина (а также и кислоты) можно было снять и другим способом: добавив в среду разобщитель-протонофор и тем самым сведя к нулю протонный потенциал.
Наши данные по движению пурпурных бактерий были опубликованы у нас в «Биохимии» и за рубежом — в «Нэйчер», Вскоре появились сообщения из США и Японии, где аналогичные результаты получились в опытах на стрептококке и Bacillus subtilis. Параллельно мы проделали такую же работу с классическим объектом микробиологов — кишечной палочкой.
А совсем недавно Т, и А. Глаголевыми и М. Гусевым и К. Никитиной было доказано, что нитчатые сине-зеленые водоросли также используют протонный потенциал для своего скользящего движения по поверхности твердого субстрата.
Это последнее наблюдение свидетельствует, что протонный мотор, однажды изобретенный природой, применяется не только у бактерий, имеющих жгутики. У сине-зеленых водорослей жгутиков нет. Их роль выполняют, по-видимому, фибриллы, лежащие между внешней и цитоплазматической мембранами этих организмов, Сине-зеленые водоросли относятся к царству бактерий (у них есть даже другое название — цианобактерии). А могут ли организмы, принадлежащие к высшим царствам живой природы, двигаться за счет протонного потенциала? Чтобы ответить на этот вопрос, мы занялись движением хлоропластов.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
bio.wikireading.ru
1. Устройство для производства энергии для преобразования материи в энергию посредством подачи протонов в магнитное поле с высокой скоростью, содержащее:
соленоид, прикрепленный к первому рычагу, вращающемуся по окружности вокруг оси вращения с различными скоростями по направлению или против направления движения часовой стрелки;
спиралевидную полую трубку, прикрепленную ко второму рычагу, вращающемуся по окружности вокруг оси вращения с различными скоростями в направлении обратном вращению первого рычага, которая может быть обвита проводящей спиралью и РЧ спиралью и содержать протоны;
систему аккумулирования и преобразования энергии для сбора энергии, извлеченной из протонов внутри полой трубки.
2. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что протоны подаются в полую трубку и удерживаются магнитным полем, генерируемым проводящей спиралью, обвивающей трубку по длине.
3. Устройство для производства энергии по п.2, отличающееся тем, что спиновые состояния протонов в пределах магнитного поля внутри полой трубки контролируются РЧ сигналом, подаваемым РЧ спиралью, обвивающей трубку по длине так, чтобы максимально увеличить эффективность удара с полями столкновения.
4. Устройство для производства энергии по п.2, отличающееся тем, что магнитное поле в пределах полой трубки включается и отключается для максимального увеличения силы, прилагаемой к протонам при столкновении с магнитным полем поворачивающегося соленоида.
5. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит переключатель для включения и выключения магнитного поля поворачивающегося соленоида для точного наведения протонов в полой трубке и максимального увеличения силы, прилагаемой к ним.
6. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что область внутренней поверхности полой спиральной трубки является фотоэлектрическим полупроводниковым материалом, который может преобразовывать фотоны в электрический ток.
7. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что полая спиральная трубка служит полупроводником для электрического тока, генерируемого внутри трубки.
8. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что полая спиральная трубка служит проводником тепла для энергии, высвобождаемой внутри трубки.
9. Устройство для производства энергии по п.1, помещенное в корпус, который также может быть использован как электрод в процессе аккумуляции энергии.
10. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что корпус также может вмещать среду, такую как газ или жидкость, которая может быть использована как рабочая среда, или для конвекции, или проведения тепла, или для электрической проводимости.
11. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что оба поворачивающихся рычага прикреплены к оси вращения, выполненной из магнитного подшипника для максимального уменьшения трения.
12. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что синхронизирующая система регулирования согласовывает скорости рычагов, включает и выключает магнитные поля спирали А и спирали B в надлежащей последовательности, может направлять токи обратно и синхронизировать подачу РЧ сигнала, все в соответствии с требованиями к выработке энергии, предъявляемыми к устройству.
13. Устройство для производства энергии по п.1, отличающееся тем, что электролитический элемент подает протоны в полую трубку.
14. Способ производства энергии, включающий такие этапы, как:
удержание протонов на месте;
движение протонов, удерживаемых на месте;
столкновение протонов, удерживаемых на месте, с одним или более магнитными полями;
воздействие силы магнитного поля на протоны, удерживаемые на месте;
разрушение протонов силой магнитного поля для создания энергии; и
сбор высвобожденной энергии.
15. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что первичное магнитное поле удерживают в пределах замкнутого соленоида, и протоны поворачивают вокруг соленоида по окружности.
16. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что протоны удерживают в пределах одной пластины, в то время как одно или более полей столкновения располагают в пределах второй пластины, выполненной так, чтобы обе пластины могли быть сведены вместе, по мере того как обе пластины вращают в противоположных направлениях или же сталкивают друг с другом при движении поршня.
17. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что способ предусматривает применение устройства для производства энергии в наномасштабах.
18. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что способ предусматривает применение устройства для производства энергии в промышленных масштабах.
19. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что соленоид вращают по окружности по направлению или против направления часовой стрелки, в то время как спиральную полую трубку, содержащую протоны, вращают в обратном направлении, для столкновения протонов с магнитным полем соленоида.
20. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что ориентации спинов протонов удерживают таким образом, что их выстреливают из реактивного устройства для попадания в одно или более неподвижных или движущихся магнитных полей так, чтобы они попадали в поле под таким углом направления, чтобы был произведен выход энергии.
21. Способ производства энергии по п.15, отличающийся тем, что два или более концентрических цилиндра вращают в противоположных направлениях внутри друг друга для столкновения протонов с магнитными полями.
22. Способ производства энергии, применяющий устройство по п.1, где способ включает:
применение устройства по п.1 для:
удержания на месте протонов;
движения удерживаемых на месте протонов;
столкновения удерживаемых на месте протонов с одним или более магнитными полями;
воздействия силы магнитного поля на удерживаемые на месте протоны;
разрушения протонов силой магнитного поля для создания энергии; и
сбора высвобожденной энергии.
23. Устройство для производства энергии для преобразования материи в энергию путем подачи протонов в магнитное поле на высокой скорости таким образом, чтобы магнитное поле служило как акселератор, подающий максимальное количество эффективной силы магнитного поля на протоны, в котором два или более концентрических цилиндра вращаются в противоположных направлениях внутри друг друга для столкновения протонов с магнитными полями.
24. Устройство для производства энергии для преобразования материи в энергию, путем подачи протонов в магнитное поле на высокой скорости таким образом, чтобы магнитное поле служило как акселератор, подающий максимальное количество эффективной силы магнитного поля на протоны, в котором первичное магнитное поле удерживается в пределах замкнутого соленоида, и протоны оборачиваются вокруг соленоида по окружности.
25. Устройство для производства энергии для преобразования материи в энергию, путем подачи протонов в магнитное поле на высокой скорости таким образом, чтобы магнитное поле служило как акселератор, подающий максимальное количество эффективной силы магнитного поля на протоны, в котором протоны удерживаются в пределах одной пластины, в то время как одно или более полей столкновения расположены в пределах второй пластины, выполненной так, чтобы обе пластины могли быть сведены вместе, по мере того как обе пластины вращаются в противоположных направлениях, или же сталкиваются друг с другом при движении поршня.
www.findpatent.ru
Если исходить из антропного принципа, то есть того, что мир создан для человека и с точным расчётом того, чтобы человек мог полностью овладеть всеми возможностями доступными ему в этом мире, то нужно признать, что должен существовать механизм добывать энергию самой высочайшей мощности, которая существует во Вселенной - энергию самосвязанности элементарных частиц.
На каждой стадии развития человеческого общества, ему были предоставлены такие средства передвижения, которые наиболее оптимально решали поставленные перед ним задачи. Так в Средние Века существование такого совершенно особенного животного, как лошадь, полностью решала проблемы с передвижением. Существование такого животного на Земле совершенно неочевидно. Если представить, что лошадей не существует, то проблемы становятся совершенно ясны. Использование для этой цели ездовых собак могло только отчасти решить транспортные проблемы.
На современном уровне развития общества, наличие автомашин и самолётов, работающих на топливе, являющимся производным от нефти также кажется совершенно неочевидным. Разработки ядерной и термоядерной энергии были сделаны совершенно "во время". Если бы Адольф Гитлер завладел атомной или термоядерной бомбой, то последствия этого могли быть самыми печальными.
Ядерная энергия, успешно разработанная для атомных электростанций, может дать такую эффективность, что один килограмм обогащённого урана или плутония эквивалентен 25 тоннам лучшего угля. Характерные ядерные реакции, используемые в атомных электростанциях выделяют десятые доли Мега электрон-вольт. Реакции, протекающие в термоядерной бомбе, имеют эффективность на порядок больше и характерные энерговыделения составляют уже несколько Мегаэлектронвольт на одну реакцию. Так выглядят некоторые, наиболее характерные реакции термоядерного цикла:
Для осуществления этих реакций необходимо нагревание вещества до очень высоких температур и на сегодняшний день осуществление таких реакций связано с очень высоким уровнем финансирования и фактически не представляет реальной возможности. Подойдя к невозможности осуществления управляемой термоядерной реакции по методу аналогичному атомной бомбе, человечество встало в тупик, который на первый взгляд невозможно разрешить. Ядерная энергия является чрезвычайно экологически опасной, что вполне ясно было доказано на примере Чернобыльской электростанции. Если посмотреть на то, каким способом международное сообщество собирается получать управляемую термоядерную энергию, то становиться ясно, что, идя по этому пути построить, например межпланетный космический корабль на таком топливе совершенно невозможно.
Но, ещё Константин Эдуардович Циолковский писал, что человечество не может постоянно сидеть на Земле, оно вначале должно освоить все планеты Солнечной Системы, потом Нашу Галактику, а потом и всю Вселенную. Можно даже предположить в соответствии с антропынм принципом свойства планет Солнечной системы выбраны таким образом, чтобы освоение околосолнечного, а в дальнейшем и околозвездного пространства было наиболее оптимальным.
Но если Человечество должно осваивать Вселенную, то, очевидно, оно должно иметь достойные источники энергии для такого освоения. Через несколько десятков лет топливо, основанное на нефти и природном газе, будет полностью исчерпано, а приличного двигателя на обогащённом уране или плутонии для межпланетных полётов сделать нельзя. Для того чтобы понять, как именно человек может освободить энергию, которая способна позволить ему создавать эффективные межпланетные и межзвёздные корабли, нужно внимательно присмотреться к тому, как решает энергетические проблемы сама Природа.
Можно начать с того, что маленькие одноклеточные бактерии для обеспечения своей фантастической мощности, возможно, используют низкоэнергетическую термоядерную реакцию усвоения азота воздуха. Эта реакция описана в статье "Усвоение азота воздуха двигателем одноклеточной бактерии". Использование людьми такого уровня энергии может решить проблему с двигателями для автомашин и самолётов.
Следующий уровень энергетики осуществляется при термоядерных реакциях нуклеогенеза в результате которых в Природе были созданы такие атомы, как Азот, Кислород, Углерод и другие элементы, которые являются принципиальными для жизни на Земле. Естественным примером осуществления такой реакции, возможно, явился взрыв на Подкаменной Тунгуске. Идея о том, что эти вещества были образованы в результате взрывов сверхновых и последующей конденсацией межзвёздного газа, очевидно, является не больше, чем вешание лапши на уши. Энергетика реакций нуклеогенеза стоит на верхней границе для обычных термоядерных реакций и на порядок превышает энергетичность обогащённого урана или плутония.
Имея двигатель на принципе нуклеогенеза, уже можно строить межпланетный корабль и путешествие до Плутона и обратно должно занять не более пары месяцев. При этом космический корабль сможет двигаться постоянно с ускорением свободного падения на поверхности Земли, что максимально уменьшит влияние невесомости на организм. Обитаемые станции на Марсе и других планетах становятся вполне очевидной реальностью. Тем не менее, если мы возвратимся к оригинальной идее Циолковского о заселении Нашей Галактики и всей Вселенной в целом, то оказывается, что и реакции нуклеогенеза, то есть термоядерной реакции высочайшей эффективности, становится недостаточно.
Для того чтобы слетать на Плутон и на Альфу Центавра необходимо совершенно разное количество топлива. Двигатель космического корабля, который полетит к Альфа Центавра должен работать без остановки несколько лет по дороге туда и если это необходимо, то несколько лет по дороге обратно. Колонизация Нашей Галактики не должна представлять с концептуальной точки зрения ничего более трудного, чем освоение одноклеточными организмами какого-нибудь водоёма или системы водоёмов. То, что связь между разными звёздными системами может быть затруднена ограничениями, связанными с конечностью скорости света может быть решена в будущем освоением таких каналов связи, которые не требуют посредства материального носителя вообще.
Самой мощной энергией нашего мира является энергия самосвязанности элементарных частиц. В опытах по аннигиляции протонов в результате чего выделяются чистые гамма кванты, внутренняя энергия, заключённая в одном протоне оценивается по порядку величины в 1000 МэВ, что на два порядка больше, чем в характерных реакциях нуклеогенеза. Так, реакция распада протона c использованием Философского Камня, может выглядеть очень просто:
Если элементарная частица представляет собой решение для Реликтового Поля в искривлённом пространстве-времени, то должен существовать доступный способ для того, чтобы неограниченно закачивать энергию непосредственно внутрь протона.
Ядерные и термоядерные реакции нуклеогенеза используют для возбуждения внутренние уровни ядра, что приводит к его нестабильности и последующему распаду. Это принципиально отличается от "ударного метода", который используется в современных термоядерных бомбах и атомных электростанциях. В классическом методе, ядро не возбуждается изнутри, а просто среда доводится то такой высокой температуры, когда ядра и частицы начинают долбать друг друга, что приводит к цепной реакции деления ядер. Если же ядро возбуждается изнутри, то очевидно, что необходимости в том, чтобы повышать температуру и создавать плазму не возникает, потому реакции, возбуждающие ядро изнутри могут идти при комнатной температуре.
Ни в какой экспериментальной физической установке, ни при какой температуре плазмы, не может быть достигнут уровень, когда протон может распадаться. Это связано, прежде всего, с тем, что кинетическая энергия частиц бомбардирующих протон является энергией совершенно другого класса и физически не может разломать протон. Для того чтобы протон распался, единственным способом, является возбуждение протона изнутри. При этом совершенно очевидно, что его "температура", которая определяется кинетической энергией, то есть внешней характеристикой может быть на уровне комнатной температуры.
После того, как внутренняя энергия протона превысит уровень его конструкционной нестабильности, произойдёт внутренняя аннигиляция протона с самим собой, эффект, который должен наблюдаться при коллапсе Чёрных Дыр, то есть при взрыве Сверхновых звёзд. При этом вся "масса" протона перейдет в электромагнитную энергию гамма квантов и этот эффект является эффектом Общей Теории Поля, то есть следствием взаимодействия гравитационных и электромагнитных полей.
Очевидно, что мощность двигателя, который использует распад протонов, как свой основной энергетический цикл, также будет относиться к мощности обычных термоядерных двигателей, как мощность звезды главной последовательности относится к мощности Сверхновых звёзд или Квазаров. На сегодняшний день во Вселенной не существует источников энергии, которые по мощности превышают Квазары или Сверхновые.
Имея в распоряжении такой двигатель уже можно совершенно спокойно путешествовать от звезды к звезде, осваивая Нашу Галактику, поскольку топливо для двигателя можно будет подчерпнуть из простого межзвёздного газа, которого в Галактике вполне достаточно, а космический корабль будет двигаться с околосветовой скоростью. Гамма кванты, которые будут образовываться в результате распада протона имеют постоянную скорость равную скорости света и поэтому реактивное ускорение космического корабля согласно формулам Циолковского, не имеет границ скорости кроме световой.
Интересно, что Комплексная экологически замкнутая ферма, которая описана в статье "Технические характеристики некоторых зверей и растений" обладает тем достоинством, что может концентрировать Биосистемы на очень маленьком пространстве и, следовательно, может очень эффективно использоваться в длительных колонизационных межзвёздных путешествиях. Использование Ксенона для освещения может полностью имитировать земные условия, а особая раскрутка системы моделировать Земную гравитацию.
Можно даже предположить, что качественно разработанный межзвёздный колонизационный корабль будет содержать в себе такие климатические и природные условия, что жизнь на нём будет принципиально неотличима от жизни на Земле. В чем-то, наверное, такая жизнь будет превосходить качество земной жизни, поскольку такой корабль сможет моделировать любой из климатов и условий, которые существуют на Земле.
Если добровльщев для колонизации других Звёзд найдётся не так много, то в качестве колонизаторов, можно использовать заключённых с особенно большим сроком заключения. Находясь на межзвёздном корабле, они уже никогда не увидят Землю, а следовательно будут максимально удалены от общества. С другой стороны, они могут вести вполне нормальную жизнь, которая возможно закончится ещё до того, как они прилетят к другой звезде. Таким образом, можно полностью исключить смертную казнь из уголовного кодекса всех стран мира и заменить её на принудительную колонизацию далёких звёзд.
Согласно антропному принципу, мощность развиваемая двигателем на распаде протона, должна быть вполне достаточна, чтобы летать от одной звезды до другой за промежуток времени, соответствующей одной человеческой жизни. Так что дети колонизаторов смогут уже оставить свои следы на пыльных тропинках далёких планет, а не в условиях искусственного климата межпланетной колонизационной станции.
bioserge.narod.ru
О двигателях космических ракет "Космос" и "Протон"
Осваивая все более эффективные ракетные топлива, конструкторы ЖРД стремились одновременно и к тому, чтобы полнее использовать содержащуюся в топливах химическую энергию, т. е. с возможно большим КПД преобразовывать эту энергию в кинетическую энергию струи двигателя.
Наибольшие успехи в повышении КПД ЖРД достигнуты в СССР. В паяно-сварных камерах конструкции ГДЛ-ОКБ, повсеместно применяющихся сейчас в отечественных ЖРД, стало возможным реализовать давления, в несколько раз большие, чем для двигателей РД-107 и РД-108. Новые образцы отечественных космических ЖРД рассчитывались на все более высокое давление в камере. Спустя 5 лет после создания первых космических двигателей появились ЖРД, работающие при давлении в камере, равном 75-80 атм. Среди них были двигатели РД-216 и РД-119. Данные о РД-216 приводились выше, а теперь уделим несколько строк двигателю РД-119.
 |
| ЖРД РД-119 |
РД-119 (рисунок) с 1962 г. применяется на второй ступени одной из ракет серии "Космос". Этот ЖРД работает на топливной паре кислород - несимметричный диметилгидразин и развивает тягу около 11 т. По удельному импульсу (3450 м/с) РД-119 уступает лишь кислородно-водородным ЖРД. Высокий удельный импульс двигателя получен благодаря эффективному топливу, высокому давлению в камере (80 атм), совершенному смесеобразованию топлива перед его сжиганием и большой степени расширения газа в камере (до давления ~ 0,06 атм).
ЖРД РД-119 является однокамерным с насосной подачей топлива. Газ для привода турбины вырабатывается за счет термического разложения горючего в газогенераторе; температура, необходимая для начала разложения, обеспечивается сгоранием порохового заряда, размещенного в газогенераторе (этот заряд используется также для начальной раскрутки турбрнасосного агрегата). Отработанный газ турбины истекает через неподвижные рулевые сопла, снабженные газораспределителями, обеспечивая управление направлением полета ракетной ступени и ее положением. Скорость вращения турбины и топливных насосов составляет 21000 об/мин. В конструкция ЖРД широко используются титановые и алюминиевые сплавы; благодаря этому РД-119 по удельному весу (15,6 кг/т) относится к лучшим космическим ЖРД с тягой в несколько тонн.
Давление в камерах РД-119, РД-216 близко к предельному для ЖРД в котором отработанный газ турбины сбрасывается в выхлопные патрубки или в сопло камеры. Дело в том, что конструкционная прочность турбины, вращающей топливные насосы, ограничивает температуру газа в газогенераторе величиной около 800°С. Во всех ранее упомянутых двигателях после прохождения газа через турбину его температура, как и давление, существенно снижаются Рис. 11. ЖРД РД-119 (например, в ЖРД РД-216 температура равна 600°С при давлении 1,25 атм).
Как мы уже знаем, газ с такими низкими параметрами не может обеспечить получение высокого удельного импульса. Таким образом, хотя та часть топлива ЖРД, которая расходуется на привод турбонасосного агрегата, и создает тягу, однако удельный импульс ЖРД оказывается ниже того, который был бы получен при сжигании всего топлива в камере сгорания. Для двигателя РД-216, например, удельный импульс на 1-1,5% ниже удельного импульса камеры.
С увеличением давления в камере приходится увеличивать напор топливных насосов, а следовательно, их мощность. Для этого, в свою очередь, приходится увеличивать расход газа, вращающего турбину. Таким образом, по мере увеличения давления в камере доля топлива ЖРД, расходуемая через газогенератор, возрастает, что приводит для ЖРД описанной схемы к замедлению роста удельного импульса, а затем и к уменьшению этого параметра.
 |
| Схема ЖРД с дожиганием: 1 - первая ступень насоса горючего; 2 - вторая ступень насоса горючего: 3 - насос окислителя; 4 - турбина; 5 - газогенератор; 6 - камера; 7 - горючее; 8 - окислитель |
Существенное увеличение давления в камерах ЖРД, созданных после двигателей РД-216 и РД-119, было достигнуто благодаря разработке схемы ЖРД с дожиганием (рисунок). В этих ЖРД в газогенератор поступает большая часть всего расходуемого топлива. Давление газа в газогенераторе примерно вдвое больше, чем давление газа в камере сгорания. Отработанный газ турбины поступает в смесительную головку камеры для дожигания с остальной частью топлива при давлении в 15.0 атм и более.
Указанные двигатели, характеризующиеся высокими значениями удельного импульса и КПД, получили с середины 60-х годов широкое применение в отечественной ракетной технике. В частности, они используются с 1965 г. на всех ступенях космической ракеты "Протон". На первой ступени этой ракеты установлено несколько ЖРД РД-253 конструкции ГДЛ-ОКБ, значительно превосходящих по тяге двигатели РД-107 и РД-108, Некоторые сведения о ЖРД РД-253 приводятся ниже.
РД-253 - однокамерный двигатель, работающий на калорийном высококипящем самовоспламеняющемся топливе. После насосов основная часть топлива (около 75%) поступает в газогенератор, приваренный к корпусу турбины, а оставшаяся часть направляется в тракт регенеративного охлаждения камеры. Газ после турбины поступает по газоводу в камеру сгорания, где сжигается с жидким компонентом, прошедшим тракт охлаждения камеры.
Величина давления в камере сгорания РД-253 примерно в 3 раза дольше соответствующей величины для РД-108. Для надежного охлаждения камеры ее огневая стенка защищена жаропрочным керамическим покрытием и газожидкостной пленкой, образующейся благодаря подаче компонента топлива из охлаждающего тракта на стенку через отверстия в ней. Суммарная мощность турбонасосных агрегатов всех ЖРД РД-253, входящих в двигательную установку, превышает 150000 л. с.; в одном килограмме веса турбонасосного агрегата сосредоточена мощность в 100 л. с. (этот агрегат работает со скоростью 14000 об/мин). Максимальное давление топлива в магистралях ЖРД достигает 400 атм. Конструктивная надежность двигателя при столь высоком давлении обеспечивается широким применением сварки для соединения узлов и агрегатов.
Включение ЖРД осуществляется "самотеком" топлива (аналогично ЖРД F-1) без использования специальных пусковых устройств. Применение самовоспламеняющегося топлива исключает необходимость в системе зажигания. Включение и выключение ЖРД обеспечиваются девятью пироклапанами простой конструкции. С целью управления в полете ЖРД по тяге и соотношению расходов компонентов топлива в его магистралях установлены регулятор и дроссель, работающие от электроприводов. В двигателе предусмотрены агрегаты наддува, представляющие собой небольшие газогенераторы, в которых вырабатываются газы для наддува топливных баков ракеты. Узлы крепления двигателя к ракете обеспечивают возможность поворота его в плоскости, параллельной продольной оси с целью управления направлением полета ракеты и ее положением. По высоте двигатель совпадает с РД-107, но имеет существенно меньшие габариты в горизонтальном измерении. Удельный вес двигателя РД-253 составляет 7,7 кг/т.
Создание ЖРД для космической ракеты "Протон" явилось крупным достижением ракетно-космической техники. С применением этой ракеты связаны такие выдающиеся события, как вывод на околоземные орбиты научных автоматических станций "Протон" массой до 17 т, а также запуск возвращаемых автоматических станций "Зонд" для облета Луны, доставка на Луну луноходов, запуск АМС, взявших пробы лунного грунта, совершивших посадку на Марс и ставших спутниками этих небесных тел.
Сайт создан в системе uCoz
wmpt.narod.ru
