Левитация аппарата в магнитном поле Земли

Главная
ЛЕВИТАЦИЯ
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ.
Автор ведет поиск новых направлений в технике, к которым относит и
рассматриваемое пионерское направление - возможность использования
магнитного поля Земли для левитации аппарата. Здесь предлагаются
теоретическая статья «Левитация аппарата в магнитном поле Земли в
пространстве над поверхностью Земли»
и инновационный проект
«Организация левитации аппарата над поверхностью Земли с помощью земного
магнитного поля»,
основанные на новой заявке автора № 2012144333
(международная заявка РСТ/RU 2013/000900).
статья "ЛЕВИТАЦИЯ АППАРАТА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ В
ПРОСТРАНСТВЕ НАД ПОВЕРХНОСТЬЮ ЗЕМЛИ",
Рассмотрим левитацию летательного аппарата (далее – ЛА) в верхних слоях атмосферы
Земли.
Известно, что в экспериментальной физике применяют магнитные насосы для
повышения величины магнитного поля путем концентрирования магнитных силовых линий
относительно слабого поля магнита-донора. Однако с физической точки зрения и Земля –
точно такой же магнит, отличающийся лишь большими размерами. Поэтому здесь нет никаких
физических ограничений на концентрирование магнитного поля Земли (далее – МПЗ).
Конечно, МПЗ достаточно мало, поэтому требуется концентрация земного поля с больших
площадей, однако это вполне реально физически и технически (разница лишь в масштабах
конструкций).
Коротко отметим основные свойства магнитного поля.
Магнитный поток состоит из реально существующих нитеобразных элементов,
называемых магнитными линиями. Каждая магнитная линия принципиально непрерывна, то
есть всегда образует замкнутый контур. Магнитный поток в целом и, в частности, каждая
входящая в его состав магнитная линия всегда и везде представляют собою принципиально
замкнутые контуры, не имеющие ни начала, ни конца. Магнитные линии никоим способом не
могут быть разрезаны или разорваны, и обнаружение их концов ни в каких процессах,
происходящих в магнитном поле, невозможно. При этом магнитные линии в отношении их
механических проявлений действительно аналогичны растянутым упругим нитям и обладают
продольным тяжением по всей своей длине. Величина силы тяжения магнитных линий,
отнесенной к единице поверхности, составляет
1
1
1 B2
f '  BH  H 2  
(СГС)
2
2
2 
(1)
Иначе, сила продольного тяжения магнитных линий, отнесенная к единице поверхности
нормального сечения магнитного потока, численно выражается так же, как энергия
магнитного потока, отнесенная к единице объема (см. книгу В.Ф. Миткевич. Магнитный поток
и его преобразования. М. Изд-во АН СССР, 1946, с. 77, 105, 114).
Сразу отметим, что магнитный поток, сцепляющийся с некоторым контуром, полностью
состоящим из сверхпроводника, неизменно сохраняет свою величину и не может быть изменен
никакими физическими воздействиями. Иначе, пучок магнитных линий, охватываемый
сверхпроводящим контуром, как бы сковывается, и число магнитных линий в этом пучке
сохраняется всегда одно и то же, то есть имеем магнитный поток Ф0
Ф0 = const
(2)
(см. там же, с. 254).
Расчеты электромагнитных сил через объемные плотности электромагнитных сил и
натяжения, в частности, натяжения в магнитном поле,
с пространственным
распределением тензора натяжений Т, имеют вид
Т n  Tnn  Tn
Tnn 
Bn2
 B
20
где
Tn 
Bn B
0
2
(3)
n
–
нормальная составляющая натяжения магнитного поля;

–
тангенциальная составляющая натяжения.
Если одна из этих составляющих равна нулю, то натяжение имеет только нормальную
составляющую Т n  Tnn . Имеются и более сложные зависимости модуля натяжения в
зависимости от угла α между вектором индукции поля B и нормалью n . При этом модуль
вектора натяжения Tn зависит только от относительной магнитной проницаемости μ и
модуля вектора индукции В и не зависит от направления вектора индукции. И модуль вектора
T  T  B 2 /(2 )
n
0 . Причем формулы для тензора натяжения и вектора
натяжения n
натяжения можно распространить и на постоянное магнитное поле от постоянных магнитов.
Через натяжения на поверхности S можно выразить силу, действующую на объем V
F   Tn ds
(4)
Таким образом, натяжение магнитных силовых линий оказывает силовое воздействие на
поверхности магнитной системы (см. книгу А.В. Иванов-Смоленский. Электромагнитные
силы и преобразование энергии в электрических машинах. М. Высшая школа, 1989, с. 123-124,
135, 143-155).
Также магнитное поле обладает силой натяжения магнитных линий, причем при
воздействии на это поле возникает искривление силовых линий, и соответствующая сила
натяжения всегда оказывается направленной в сторону, противоположную искривлению
силовой линии. И величина силы натяжения силовых линий равна
s
1
( H  grad )  H
4
(5)
и сразу заметим, что для данных условий МПЗ эта величина достаточно близка к величине
градиента магнитного поля grad H2 / 8π, где Н – напряженность магнитного поля. Таким
образом, при искривлении силовых линий магнитного поля возникает сила натяжения,
стремящаяся вернуть силовые линии к исходному положению (см. книгу Л.А. Арцимович, Р.З.
Сагдеев. Физика плазмы для физиков. М. Атомиздат, 1979, с. 157-158, 216-217).
Таким образом, механические силы, действующие в магнитном поле, сводятся к
натяжению Т вдоль поля и к давлению Р в перпендикулярном направлении. Натяжение и
давление, отнесенные к единице площади, на которую они действуют, численно одинаковы и
равны плотности магнитной энергии в среде
H 2 B 2
1
T P

(СГС)  0 H 2(CИ )
8
8
2
(6)
(см. книгу Д.В. Сивухин. Общий курс физики. М. Наука, 1977, с. 301).
Рассматривая физический процесс в аналоге – левитации сверхпроводящего диска в
постоянном магнитном поле, подчеркнем, что любое пространственное магнитное поле от
магнита занимает большой объем пространства вокруг магнита, и это поле намного больше
габаритов (площади) сверхпроводящих диска или пластины. И здесь также происходит
смещение – спуск пластины диска из области слабого поля до области сильного поля магнита,
обеспечивающей компенсацию гравитации – массы пластины за счет силы давления со
стороны сильного магнитного поля. И при смещении – спуске диска из области слабого поля
на большом расстоянии от магнита до области сильного поля на малом расстоянии также
происходит смятие, сдавливание части магнитного поля под пластиной благодаря эффекту
Мейснера
у
сверхпроводников.
Собственно,
физический
процесс
левитации
сверхпроводящего диска под действием давления магнитного поля магнита аналогичен
рассматриваемому, а разница лишь в масштабе систем и способе получения сильного поля.
Таким образом, использование сильного магнитного поля в виде сконцентрированного
МПЗ вполне позволяет реализовать левитацию ЛА. И здесь захваченное деформированное
МПЗ, сконцентрированное внутри сверхпроводящей оболочки, имеет силу натяжения,
стремящуюся вернуть силовые линии поля в исходное положение. И эта сила натяжения
компенсирует силу гравитации – вес ЛА, обеспечивая его левитацию.
Итак, деформированное магнитное поле Земли обладает силой натяжения магнитных
линий, причем при воздействии на это поле возникает искривление силовых линий, и
соответствующая сила натяжения всегда оказывается направленной в сторону,
противоположную искривлению силовой линии. Причем эта сила натяжения стремится
вернуть силовые линии к исходному положению и тем самым позволяет компенсировать силу
гравитации – вес ЛА, обеспечивая его левитацию.
Подчеркнем, что для магнитных систем полностью выполняется теория подобия,
позволяющая рассчитать вариант любой магнитной системы, отличающейся от известных
лишь масштабом. В частности, геометрически подобные магниты имеют поля одинаковой
конфигурации, если картина поля в теле магнита у них одинакова. Также, при увеличении всех
размеров магнита в n раз напряженности полей в соответствующих точках остаются без
изменения, а магнитный поток возрастает в n2 раз. Теория подобия магнитных систем
позволяет спокойно относиться к сверхкрупным магнитным системам, к оценкам их
характеристик.
Главный конструктивный элемент – сверхпроводящая оболочка, выполненная по
геометрии (сечению) в форме трубы произвольной формы (задаваемой разработчиками).
Рассмотрим конструкцию такой оболочки, с ее элементами и материалами.
Левитация требует надежного помещения сконцентрированного МПЗ в замкнутую
оболочку и длительного удержания поля в этой оболочке. А это требует применения слоя
сверхпроводящего материала по поверхности замкнутой оболочки. И главный
конструктивный элемент – сверхпроводящая оболочка, выполненная по геометрии (сечению)
в форме трубы произвольной формы (задаваемой разработчиками). Рассмотрим конструкцию
такой оболочки, с ее элементами и материалами.
Для оценки характеристик рассмотрим вариант традиционных сверхпроводников (с
полным эффектом Мейснера), сочетания разных типов, для использования в замкнутой
оболочке. Например, сочетание фольги из ниобия или технеция со сплавом 2 рода – ленты
(разного состава). Учитывая необходимость длительной работы замкнутой оболочки,
принимаем, что среднее рабочее поле внутри замкнутой оболочки равно НМ0 = 1000 э = 8 · 104
А/м. При этом среднее давление сконцентрированного поля внутри оболочки РМ0 = 4 · 103
Н/м2, а плотность энергии такого поля ωМ0 = 4 · 103 Дж/м3.
Отметим, что выбор абсолютных значений площади оболочки зависит от реализуемых
задач и определяется конкретными конструкциями левитирующего ЛА.
Идеальная подъемная сила F
F = РМ0 · SB
(7)
где РМ0 – давление сконцентрированного МПЗ;
SB – площадь воспринимающей поверхности оболочки.
Например, при SB = 10 м2 имеем величину F = 104 Н, что соответствует весу ЛА с массой
3
4 · 10 кг = 4 т, а для SB = 100 м2 имеем F =105 Н, что соответствует весу ЛА с массой 4 · 104 кг
= 40 т.
Конструкция оболочки подобна известным сверхпроводящим устройствам.
Оценка средней массы 1 м2 оболочки, включая корпус из фольги с толщиной 0,5 мм, дает
величину массы порядка 6 кг, а с учетом теплозащитных экранов – порядка 7 кг, а с учетом
слоя гелия в 5÷8 мм, средняя масса провода порядка 8 кг для площади в 1 м2. Учитывая и
разброс применяемых конструкторских решений, материалов и технологических
возможностей производства, реальная масса замкнутой оболочки в диапазоне 5÷15 кг на
площадь оболочки в 1 м2.
Для примера рассмотрим замкнутую оболочку с общей площадью S0 = 50 м2. Принимаем
эту оболочку в виде прямоугольной трубы с двумя параллельными длинными сторонами а = 6
м (длина) и шириной оболочки с = 3,5 м при боковых стенках с высотой b ~ 1, 2 м. Со стороны
торцов с площадью а х b эта замкнутая полость открыта для свободного размещения силовых
линий МПЗ. Такая конструкция соответствует площади воспринимающей оболочки SB = а х с =
21 м2, тогда идеальная подъемная сила F = 8,4 · 104 Н, что соответствует левитации ЛА с
массой до 8,4 · 103 кг = 8,4 т. Для такой оболочки ее масса равна 300…750 кг, из них до 50 кг –
жидкий гелий. При этом тепловой поток к оболочке со сверхпроводником составляет QП = 2
Вт. Для такого теплового потока 50 кг жидкого гелия обеспечивают охлаждение оболочки в
течение 400÷900 часов ≈ 15÷40 суток. Поэтому на ЛА дополнительно устанавливают
теплоизолированную емкость с запасами жидкого гелия, например, 500 кг хватит на 3÷9
месяцев. И по окончании этого запаса гелия на ЛА доставляют новую емкость с новым запасом
гелия.
Однако для длительной левитации ЛА более перспективно применение охлаждения с
помощью холодильной машины, мощностью 2,1 Вт и более на температуру ~ 4,5 К, при общей
массе системы энергопитания холодильной машины порядка 300÷500 кг.
Итак, для общей площади оболочки SС = 50 м2 общая масса сверхпроводящей оболочки
вместе с системой охлаждения, включающей или емкость с запасом жидкого гелия или
холодильную машину с системой энергопитания, составляет 900÷1700 кг, а зависимости от
конструктивного совершенства всех устройств.
Сразу отметим, что ЛА в обязательном порядке снабжается парашютной системой для
спуска ЛА в случае аварии. Кроме того, имеется и силовая конструкция из легких
высокопрочных материалов, типа углепластиков, для крепления систем ЛА. И поэтому при
массе замкнутой оболочки и обслуживающих ее систем до 900÷1700 кг, общая масса
конструкции ЛА составит 1200÷2000 кг.
Таким образом, захват и деформирование силовых линий при концентрировании МПЗ
позволяет использовать полученное поле для левитации ЛА. Здесь захваченное
деформированное МПЗ, концентрированное внутри сверхпроводящей оболочки, имеет силу
натяжения, стремящуюся вернуть силовые линии в исходное положение. И эта сила натяжения
компенсирует силу гравитации – вес ЛА, обеспечивая его левитацию. Учитывая захват
силовых линий с большой площади и достаточно сложный характер распределения в
пространстве искривленных силовых линий, математически сложно описать простой
формулой силу натяжения магнитных линий для данного физического случая. Однако в
первом приближении можно оценить подъемную силу по градиенту давления
сконцентрированного магнитного поля, в частности, по среднему поля с давлением PM0.
Учитывая оценочный характер этих физических расчетов, в реальности удерживаемая масса
ЛА в диапазоне от 7000 кг до 8400 кг, то есть до 80-100% от идеальной величины подъемной
силы F для магнитного поля внутри оболочки.
Естественно, реальная удерживаемая масса ЛА зависит от оптимизации геометрических
размеров замкнутой оболочки, а также от формы и соотношения размеров оболочки, положения
оболочки и ее геометрических элементов относительно магнитного поля Земли, полученной
геометрии поля внутри оболочки. Влияет и применяемая конструкция замкнутой оболочки, ее
совершенство и отработанность узлов конструкции.
Оценим параметры магнитного поля Земли, необходимого для получения
сконцентрированного магнитного поля внутри замкнутой сверхпроводящей оболочки.
Для магнитного поля действует закон постоянства магнитного потока Ф0 = const, где Ф0 =
ВS, а В = μμ0Н. Тогда отношение сконцентрированного поля в оболочке к свободному МПЗ
(как и для магнитного насоса и т.п. систем)


S K  SЗ
S 
S
 H З  1  З   H З  З ;
 HM 0  HЗ 
SK
SK

 SK 

 S  H M 0  S K  H З  S K  S   H M 0  1  S  H M 0
K 
K

 З
HЗ
HЗ
 HЗ

(8)
где SЗ – площадь забираемого и концентрируемого потока свободного земного магнитного
поля с напряженностью НЗ;
SК –
площадь сечения открытого торца оболочки с геометрией а х b со
сконцентрированным полем НМ0.
Собственно, зависимость (8) аналогична зависимости для магнитного насоса,
концентрирующего слабое магнитное поле в сильное (разница в масштабе).
Безусловно, очень перспективна левитация ЛА над районом с магнитной аномалией,
например, в районе Курской магнитной аномалии, где напряженность магнитного поля
превышает 100 А/м. Однако здесь рассмотрим реальный вариант среднего магнитного поля
Земли, обеспечивающий левитацию ЛА. Для МПЗ напряженность на магнитном экваторе –
около 27,1 А/м, а у магнитных полюсов – около 52,5 А/м, тогда среднее земное магнитное поле
считаем равным НЗ = 40 А/м (вблизи поверхности Земли).
Тогда отношение магнитных полей – внутри оболочки со средним НМ0 = 8 · 104 А/м и
среднего земного НЗ = 40 А/м равно ~ 2000, соответственно, и отношение площадей
свободного МПЗ SЗ к площади концентрируемого поля SК составляет ~ 2000 (точнее, 1999).
Тогда необходимая высота падения ЛА (в первом приближении) ΔНn составляет
H n 
b HM0

 HЗ
(9)
где b – высота боковой поверхности оболочки;
λ – отношение площади проходящего через систему доступа поля свободного МПЗ SЗМ
к площади концентрируемого в оболочке поля SВ = а х с.
Для варианта λ = 1,0 и примера прямоугольной оболочки с b = 1,2 м получаем
H n  1,2 
HM0
HЗ
(10)
И для НМ0 / НЗ = 2000 получаем ΔНn = 2400 м = 2,4 км, то есть высота падения ЛА
составит 2,4 км. Значит, начальная высота подъема ЛА
(с помощью подъемного
устройства) должна превышать высоту левитации ЛА на 2,4 км. Величина НЗ ≈ 40 А/м
соответствует относительно невысокому уровню высоты левитации – до 100 км от
поверхности Земли.
Для больших высот левитации, более 10000 км, существенно становится падение
свободного МПЗ до уровня НЗ ~ 1…0,02 А/м, тогда необходимая высота падения ЛА
возрастает до уровня 100…1000 км, что вполне реально.
Таким образом, начальная высота ННЛ подъема ЛА равна сумме требуемой высоте
левитации НЛ плюс необходимая высота падения ΔНn, обеспечивающая захват и
концентрирование необходимой величины МПЗ:
ННЛ = НЛ + ΔНn
(11)
Подчеркнем, что падение ЛА продолжается именно до того момента времени, когда
установится равновесие между силой натяжения захваченного сконцентрированного МПЗ и
весом ЛА. Это гарантирует левитацию ЛА в МПЗ (на высоте, близкой к расчетной по
формулам (9) и (10)).
Имеется и система организации плавного спуска ЛА с начальной высоты, с достижением
скорости спуска на высоте левитации VСП ~ 0,1…1 м/с. Это обеспечивает уменьшение
количества движения ЛА при падении, которое также надо компенсировать
сконцентрированным МПЗ (именно инерция падающего ЛА увеличивает высоту падения ЛА
по сравнению с расчетной высотой по формуле (9)).
Идеальный вариант спуска ЛА – подъемное устройство после подъема на начальную
высоту начинает спуск на поверхность Земли, причем вместе с ЛА, закрепленным на
подъемном устройстве. И после спуска до высоты левитации, когда в оболочке накопится
необходимое сконцентрированное МПЗ, подъемное устройство отцепляется от ЛА, которое
остается левитировать, а подъемное устройство продолжает спуск на поверхность Земли. В
этом варианте оптимально использование высотного аэростата (высота подъема до 30…35 км)
или дирижабля. Достоинство этого варианта – полный контроль процесса спуска ЛА,
возможность регулирования скорости падения ЛА с помощью аэростата или дирижабля,
вплоть до возможности полной остановки на высоте левитации, измерения поля внутри
оболочки на всем участке падения. Возможны и другие варианты организации плавного спуска
ЛА.
Таким образом, существующий уровень техники обеспечивает плавный спуск ЛА с
начальной высоты до высоты левитации. Здесь применимы известные конструкции самолетов,
аэростатов, дирижаблей, ракет и т.п. устройств, с некоторыми модификациями (для крепления
ЛА и т.п.). При этом это простая операция для организации левитации ЛА в воздушной
атмосфере (до высот 20…30 км), и достаточно сложная операция для организации левитации
ЛА на больших высотах, вне атмосферы, хотя технически реальна и для высоты в тысячи
километров (для современных ракет) и более.
На высоте левитации ЛА системой доступа поля устройства прекращают доступ МПЗ
внутрь сверхпроводящей оболочки, закрывают, делают оболочку замкнутой для МПЗ.
Конструкция оболочки выполнена в форме трубы, в общем случае – произвольного
сечения (эллипс, квадрат и т.п.), а здесь для примера – прямоугольная труба с размерами а х b
х с. При этом оболочка имеет систему доступа поля для набегающего свободного МПЗ, и эта
система имеет разные варианты исполнения.
Первый вариант конструкции – нижняя плоскость оболочки позволяет осуществить
принцип «теплового ключа» (см. книгу В. Буккель. Сверхпроводимость. М. Мир, 1975, с.
290-292, 314). Здесь в начальном положении на высоте ННЛ нижняя плоскость находится в
нормальном состоянии, при температуре сверхпроводника 25…40 К (для традиционных
сверхпроводников). А после падения и остановки на высоте левитации НЛ в оболочке
осуществляют быстрый переход нижней плоскости в сверхпроводящее состояние. Для этого
охлаждения (с 25…40 К до 5…9 К) достаточно емкости с жидким гелием на 5…10 кг, после
этого нижняя плоскость становится сверхпроводящей. И это обеспечит дальнейшее
длительное удержание сконцентрированного МПЗ внутри замкнутой оболочки со
сверхпроводящими покрытиями. При этом автоматически прекращается и доступ МПЗ внутрь
оболочки извне, снаружи объема оболочки.
Такая конструкция системы доступа поля оболочки предельно проста, включая
дополнительно лишь емкость с гелием для быстрого охлаждения нижней плоскости. А также
может быть установлен и нагреватель, обеспечивающий нагрев нижней плоскости до
нормального состояния на начальной высоте.
Таким образом, имеем следующие результаты:
- использование магнитного поля Земли для левитации аппарата в пространстве над
поверхностью Земли физически возможно, причем для этого необходимо использовать
натяжение деформированного концентрированного поля Земли, помещенного и
удерживаемого внутри сверхпроводящей замкнутой оболочки, закрепленной на
левитирующем аппарате;
- в зависимости от параметров захватываемого и деформируемого магнитного поля
Земли подъемная сила при левитации аппарата может удерживать массу от килограммов до
десятков тонн, что представляет и практический интерес для использования в различных
областях науки и техники.
Наименование инновационного проекта:
ОРГАНИЗАЦИЯ ЛЕВИТАЦИИ АППАРАТА НАД ПОВЕРХНОСТЬЮ
ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ЗЕМНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Заявитель: изобретатель Солодов Б.М.
Описание проекта:
1. Продукция:
- демонстрационный (выставочный) образец левитирующего аппарата массой до 10 кг,
использующего для левитации сконцентрированное магнитное поле Земли;
- патенты для продажи лицензий на мировом рынке;
- разработка проекта с использованием крупномасштабного сконцентрированного
земного магнитного поля для левитации аппарата с массой 8...10 тонн над поверхностью
Земли, на высоте до 15...25 км.
В ходе осуществления проекта будет создан комплект оборудования по
концентрированию свободного земного магнитного поля, различного рода приспособлений
для получения демонстрационного образца, исследованы параметры магнитного поля в
оболочке аппарата, определены экспериментальные зависимости левитирующей способности
оболочки аппарата в зависимости от различных параметров конструкции такой оболочки.
Также будет проводиться международное патентование по РСТ в ведущих мировых
странах. При этом наличие демонстрационного образца в сочетании с результатами
экспериментальных исследований повышает стоимость лицензий по таким патентам на
порядки. Начальным патентом будет заявка РСТ/RU2013/000900 "Устройство для обеспечения
левитации аппарата и способ для его осуществления". Также сейчас имеется еще одна заявка
РСТ/RU 2014/000405 (она не приводится, так как пока официально не опубликована). Также
предполагается подача еще 3-х заявок на патенты по данному направлению, с их
последующим мировым патентованием.
Будет разработан проект для организации левитации аппарата с массой 8...10 тонн, на
высоту левитации 10...25 км, на основе использования дирижабля или высотного самолета,
который будет предложен на реализацию на мировой рынок услуг. При этом потенциальный
мировой рынок подобных левитирующих аппаратов составляет десятки-сотни штук.
Потенциальными заказчиками таких аппаратов являются - корпорации, занимающиеся
связью, телевещанием и Интернетом, также научные организации и прочие потребители.
Объем запрашиваемых средств: 5 млн. евро или эквивалентная сумма в рублях. Срок
осуществления проекта - 2,5 года (с момента перечисления денег). Доход инвестора - по
согласованным условиям с автором, например, в течение 10 лет при продаже лицензий или
иным условиям.
Заметим, что сумма в евро, так как необходима сложная система для измерения
пространственного магнитного поля при концентрировании, которая изготавливается
фирмами Западной Европы. Кроме того, международное патентование также требует евро или
долларов.
Подчеркнем, что данный инновационный проект относится к высокорисковым.
Проблема а том, что экспериментальные исследования по магнитным полям весьма ничтожны
(в загоне), тем более - по концентрированию магнитного поля Земли. Поэтому просто нет
экспериментальных данных, которые гарантируют 100% успех данного проекта. Фактически 2
года проекта - это техническая физика в связи с полным отсутствием физических
исследований в этой области. Теоретические основы данного проекта изложены в статье
автора "Левитация аппарата в магнитном поле Земли в пространстве над поверхностью
Земли", причем на основе современной физики в области магнетизма.
Таким образом, инвестор сознательно рискует, вкладывая деньги в этот проект.
Подчеркнем, что лежащие в основе проекта изобретения - пионерские, позволяющие получить
новое направление в технике, поэтому в случае успеха инвестор получит весьма значительную
прибыль.
2. Техническая сущность проекта.
Отметим, что известные проекты левитирующих аппаратов требуют или постоянного
подвода энергии с поверхности Земли, или постройки специальной диамагнитной площадки
на поверхности Земли, что резко ограничивает возможности таких аппаратов, и не случайно до
сих пор не осуществлен ни один из таких проектов.
В технике широко используют магнитные поля, образуемые с помощью магнитных
систем и конструкций, в том числе сверхпроводящими магнитами.
Однако все пространство вокруг Земли пронизано магнитным полем, и с физической
точки зрения Земля - это очень-очень большой магнит, магнитные полюса которого соединены
магнитными силовыми линиями. И с физической точки зрения нет никаких ограничений на
концентрирование магнитного поля Земли и возможности использования такого поля, как в
известном устройстве магнитного насоса для обычных сверхпроводящих магнитов. Конечно,
магнитное поле Земли по напряженности мало, поэтому требуется концентрация магнитного
поля с больших площадей и объемов, однако это лишь техническая проблема, требующая
оптимальных технических конструкций для концентрирования поля Земли.
Сущность проекта - разработка и внедрение системы конструкций для получения
левитирующего аппарата, удерживаемого в пространстве сконцентрированным магнитным
полем Земли.
Этот проект основан на заявке автора РСТ/RU2013/000900 "Устройство для обеспечения
левитации аппарата и способ для его осуществления".
Теоретические основы левитации аппарата в магнитном поле Земли изложены в статье
автора "Левитация аппарата в магнитном поле Земли в пространстве над поверхностью
Земли".
В общем виде в заявке предлагается следующее техническое решение (в сокращенном
изложении).
Аппарат вместе с устройством для обеспечения левитации поднимают на начальную
высоту подъемным устройством, оптимально – аэростатом, дирижаблем, самолетом,
ракетой, после чего начинают спуск аппарата с начальной высоты, причем в это время
сверхпроводящая оболочка устройства открыта для доступа магнитного поля Земли внутрь
оболочки, и при спуске к поверхности Земли внутрь сверхпроводящей оболочки поступает
поток магнитного поля Земли, при этом происходит автоматическое накопление и
концентрирование потока магнитного поля, деформация его магнитных силовых линий, и при
достижении равенства силы от спускающегося аппарата и силы давления деформированного
сконцентрированного магнитного поля Земли в оболочке аппарат прекращает падение и
зависает на высоте левитации, от 0,1 км до 70000 км над поверхностью Земли.
На высоте левитации системой доступа поля прекращают доступ магнитного поля Земли
внутрь сверхпроводящей оболочки устройства для обеспечения левитации.
Аппарат с начальной высоты спускают вместе с подъемным устройством, а при
достижении высоты левитации подъемное устройство отцепляют и отправляют на
поверхность Земли.
Систему доступа поля выполняют в виде участка оболочки из сверхпроводящего
материала, причем на начальной высоте этот участок оболочки нагрет выше критической
температуры и находится в нормальном состоянии, не препятствуя доступу магнитного поля
Земли, а при достижении высоты левитации этот участок охлаждают ниже критической
температуры и переводят в сверхпроводящее состояние, и для этого имеют узел нагрева и
охлаждения такого участка.
Здесь для левитации аппарата (включает полезную нагрузку, системы управления,
устройство для обеспечения левитации и т.п. системы) применена энергия
сконцентрированного магнитного поля Земли, поток которого собран и помещен в
сверхпроводящую оболочку устройства для обеспечения левитации. При этом давление
(натяжение) деформированных магнитных силовых линий сконцентрированного поля
удерживает сверхпроводящую оболочку, а соответственно, и сам аппарат (конструкция
любого назначения) в магнитном поле Земли над ее поверхностью. А для обеспечения
длительной работы сверхпроводящей оболочки и левитации аппарата эта оболочка имеет
систему охлаждения, размещенную в аппарате (одна из систем аппарата).
Сверхпроводящая оболочка снабжена системой открытия и закрытия доступа
магнитного поля Земли внутрь этой оболочки, сокращенно – система доступа поля, которая
сначала обеспечивает необходимый доступ поля внутрь оболочки и концентрирование поля, а
затем, при необходимости, закрывает доступ поля, обеспечивая постоянство
сконцентрированного поля внутри оболочки при длительной левитации.
Сверхпроводящая оболочка выполнена в форме трубы произвольной формы, например,
прямоугольной, эллипсной и т.п.
Аппарат вместе с устройством для обеспечения левитации поднимают на начальную
высоту подъемным устройством, оптимально – аэростатом, дирижаблем, самолетом,
ракетой. При этом аэростат, дирижабль и самолет используют для подъема на высоту до
10…40 км, а ракету – на любую высоту (теоретически), например, на сотни километров с
помощью геофизической ракеты. Затем на этой начальной высоте аппарат начинает падение,
спуск на поверхность Земли. Причем в это время сверхпроводящая оболочка открыта для
доступа набегающего магнитного поля внутрь оболочки, и при спуске аппарата внутрь такой
оболочки поступает поток магнитного поля Земли. При этом происходит автоматическое
накопление и концентрирование потока магнитного поля, деформация его магнитных силовых
линий. И при достижении равенства силы от спускающегося аппарата и силы давления
(натяжения) деформированного сконцентрированного магнитного поля внутри оболочки
аппарат прекращает падение и зависает на высоте левитации (точка равенства сил). При этом
высота левитации, в зависимости от начальной высоты подъема и требований к эксплуатации
аппарата, составляет от 0,1 км = 100 м (нижний предел) до 70000 км, являющегося
теоретическим верхним пределом, равным границе магнитосферы Земли (магнитопаузой), а
оптимальный реальный диапазон – от 1 км до 500 км.
На высоте левитации аппарата системой доступа поля устройства для обеспечения
левитации прекращают доступ магнитного поля Земли внутрь сверхпроводящей оболочки,
закрывают оболочку (делают замкнутой). И это обеспечивает стабильное сконцентрированное
поле внутри оболочки при длительной левитации.
Аппарат с начальной высоты спускают вместе с подъемным устройством, а при
достижении высоты левитации подъемное устройство отцепляют и отправляют на
поверхность Земли, оставляя аппарат на высоте левитации.
Систему доступа поля (сокращенный вариант, полностью – система открытия и закрытия
доступа магнитного поля Земли внутрь этой оболочки) выполняют в виде участка оболочки
(нижняя плоскость оболочки при спуске) из сверхпроводящего материала, причем на
начальной высоте этот участок нагрет выше критической температуры и находится в
нормальном состоянии, не препятствуя свободному магнитному полю Земли проходить
внутрь сверхпроводящей оболочки (принцип «теплового ключа» в сверхпроводящей технике).
При спуске и достижении высоты левитации с зависанием аппарата этот участок оболочки
охлаждают ниже критической температуры и переводят в сверхпроводящее состояние, тем
самым получают замкнутую сверхпроводящую оболочку и запирают сконцентрированное
магнитное поле внутри этой оболочки. Для теплового воздействия на регулируемый участок
оболочки в такой системе доступа имеется узел нагрева (нагреватель) и узел охлаждения
(источник жидкого гелия) такого участка.
Сравнительный анализ с существующим уровнем техники показывает, что
концентрирование земного магнитного поля и его использование для левитации летательного
аппарата обеспечивается с помощью рассматриваемых элементов устройства и манипуляций с
ними, а также рассматриваемых операций в способе. Кроме того, все применяемые элементы
соответствуют современному уровню техники, а само магнитное поле Земли занимает все
пространство над поверхностью Земли, поэтому предлагаемое решение реализуемо в любом
месте и районе Земли.
3.Рынок сбыта.
В настоящее время левитирующих аппаратов в мире не существует. Именно поэтому
предлагаемый проект в случае реализации и получения ожидаемых параметров (по подъемной
силе) имеет все возможности для захвата подобной ниши на мировом рынке.
Отметим, что для реализации данного проекта используется обычная сверхпроводящие
техника и технология, которая выпускается десятками различных фирм, корпораций и иных
организаций, в том числе и в России (ряд российских институтов, ПО "Гелиймаш" и др.).
В данном проекте имеется мировая новизна и появление практически нового
направления в технике, использующего магнитного поля Земли для левитации аппаратов.
Поэтому в данном случае вышеизложенные фирмы и концерны яляются лишь
потенциальными конкурентами. Более того, эти концерны и фирмы являются и
потенциальными покупателями на лицензии по данным изобретениям.
Предполагаемый объем продажи лицензий - по 1...2 лицензии в каждой высокоразвитой
стране (США, Великобритания, Германия, Китай, Корея, Бразилия, Индия и др.), то есть до
10...20 лицензий.
После разработки проекта по созданию левитирующего аппарата на грузоподъемность
8...10 тонн на высоте 10...20 км также будет определена форма возможности реализации такого
проекта. Здесь возможен вариант поиска крупного инвестора на уровень 100 млн. евро для
изготовления необходимого оборудования и создания фирмы для оказания услуг на мировом
рынке по получению таких левитирующих аппаратов. Также возможен и вариант продажи
проектной документации какому-либо концерну.
4. Организация работы
График реализации проекта
---------------------------------------------------------------------------------Наименование этапа
Сроки выполнения этапа
---------------------------------------------------------------------------------1. Организационный период
Разработка конструкторской
1 кв. от начала
документации систем комплекса
финансирования
концентрирования земного магнитного
-поля, начальный этап
-Заказ измерительной системы для
-определения пространственного
-магнитного поля
Аренда или покупка холодильного
-оборудования
-2. Разработка конструкторской
2 кв.
-- " -документации систем комплекса
-концентрирования земного магнитного
-поля, окончание этапа
-3. Изготовление систем комплекса
3 кв.
-- " -концентрирования земного магнитного
-поля, начальный этап
-4. Изготовление систем комплекса
4 кв.
-- " -концентрирования земного магнитного
-поля, окончание этапа
-Налаживание работы холодильного
-оборудования
-5.Налаживание работы измерительной
5 кв.
-- " -системы.
-Сборка и налаживание всех систем
-комплекса.
6. Проведение экспериментов по
6 кв.
-- " -концентрированию магнитного поля
7 кв.
-- " -Земли и параметров получаемых полей,
8 кв. -- " -левитирующих свойств поля в зависимости
-- " -от различных параметров геометрии и
-используемыхматериалов
7. Разработка проекта левитирующего
9 кв. -- " --
аппарата на 8...10 т, начальный этап
8. Разработка проекта левитирующего
10 кв. -- " -аппарата на 8...10 т, окончание этапа
Финансовый отчет перед инвестором
---------------------------------------------------------------------------------5. Исполнитель.
Исполнитель - малая фирма, юридическое лицо, образованное автором.
Исполнитель занимается разработкой конструкторской и технологической
документации, организацией изготовления комплекта приспособлений и оборудования
установки, организацией измерений, а также проведением испытаний.
Численность и оплата труда сотрудников прямо зависит от стадии осуществления
проекта и объема работы. В Исполнителе принимается повременно-премиальная оплата труда.
Количество постоянных сотрудников Исполнителя и их заработная плата (согласно
среднему уровню по России) составляет:
месячный оклад(евро) премия
- руководитель Исполнителя
1000
200
- 3 инженера: 2 конструктора, технолог
3х700
3х300
- мастер холодильного оборудования
800
400
- мастер по измерительной технике
700
300
- 7 рабочих, из них 4- холод.оборудование
7х 800
7х200
- физик
800
200
- секретарь (кадровик)
700
300
- главный бухгалтер (0,5 ставки)
500
300
Итого: 16 человек, при общем месячном окладе 12200 евро, и с учетом премии максимум месячной зарплаты 16400 евро, при годовой зарплате до 196800 евро, в рублевом
эквиваленте по курсу обмена Центробанка России.
Отметим, что для экономии средств рабочие будут привлекаться по мере ввода в строй
оборудования, прежде всего - холодильного, а также поступления измерительной техники.
Также Исполнитель будет временно, по краткосрочным трудовым соглашениям или
иным способом, привлекать дополнительно необходимых специалистов (инженеры, рабочие, в
зависимости от необходимости), при лимите суммы на эти цели - 200000 евро, в рублевом
эквиваленте.
Итого: фонд заработной платы Исполнителя на 2,5 года работы составляет 500000 евро (в
рублевом эквиваленте), плюс 200000 евро (в рублевом эквиваленте) на дополнительно
привлекаемых специалистов.
6. Финансовый план
Оценочный баланс расходов Исполнителя:
- Аренда или закупка холодильного оборудования
- 1 млн. евро
- Заказ и закупка измерительной техники, оргтехники
- 1 млн. евро
- Изготовление приспособлений и устройств
комплекса
- 1 млн. евро
- Аренда производственных помещения и площади
- 1 млн. евро
- Зарплата всех категорий сотрудников
- 0,7 млн.евро
- Патентование (мировое) 5 изобретений
- 0,2 млн. евро
Резерв
- 0,1 млн. евро
- Итого
- 5,0 млн. евро (в рублевом эквиваленте)
Исполнитель имеет право перебрасывать деньги с одной статьи расходов на другую.
Ограничение - статья расходов "Зарплата сотрудников" не может быть увеличена из средств
инвестора в 5 млн. евро, а только из средств Исполнителя при появлении какого-либо
дополнительного дохода.
7. Инвестирование.
Финансирование проекта планируется осуществить за счет привлечения средств
инвестора в сумме 5 млн. евро (или в рублевом эквиваленте). Деньги инвестора поступают на
счет Исполнителя одним траншем. Инвестор имеет право проводить ежегодно проверку
использования средств.
Вклад изобретателя - интеллектуальная собственность в виде патентов, имеющиеся идеи
и предполагаемые изобретения. Изобретатель является единственным патентовладельцем, при
этом инвестор не имеет прав на изобретения. Также и другие изобретения (от сотрудников
Исполнителя) будут собственностью Исполнителя.
Погашение долга инвестору будет осуществляться за счет средств от реализации
покупателям лицензий, патентов и технической документации на разработанный проект. При
этом инвестор получает 70 % от суммы продажи лицензий, патентов и технической
документации, а изобретатель как патентовладелец или Исполнитель получают 30 % от суммы
продаж. Это правило действует в течение 10 лет от начала финансирования данного проекта,
без нижнего и верхнего ограничения перечисляемой суммы инвестору.
Исполнитель имеет право оказывать дополнительные услуги сторонним организациям на
оборудовании, закупленном или изготовленном на средства инвестора в данном проекте. При
этом инвестор получает 50 % от суммы за эти услуги, а 50 % - получает Исполнитель, без
нижнего и верхнего ограничения перечисляемой суммы инвестору. Это правило действует в
течение 5 лет с начала финансирования данного проекта.
Возможны и дополнительные условия финансового взаимодействия инвестора и
Исполнителя.
8. Оценка риска.
Данный проект относится к высокорисковым. Это связано с тем, что физические
исследования в мире жестко организованы, и десятки лет толпы физиков занимаются
термоядерным синтезом, глобальным потеплением и др. длительными исследованиями. При
этом экспериментальные исследования по магнитным полям весьма ничтожны (в загоне), тем
более - по концентрированию магнитного поля Земли. Поэтому просто нет
экспериментальных данных (включая поиск в Интернете в Яндексе и Google), которые
гарантируют 100% успех данного проекта. Фактически 2 года проекта - это техническая
физика в связи с полным отсутствием физических исследований в этой области. Теоретические
основы данного проекта изложены в статье автора "Левитация аппарата в магнитном поле
Земли в пространстве над поверхностью Земли", причем на основе современной физики в
области магнетизма.
Отметим, что для реализации данного проекта используется обычная сверхпроводящие
техника и технология, которая выпускается десятками различных фирм, корпораций и иных
организаций, в том числе и в России (ряд российских институтов, ПО "Гелиймаш" и др.).
Также используется и выпускаемая измерительная техника, прежде всего - магнитометры.
Поэтому нет технических препятствий для проведения работ по данному проекту.
Также и используемые конструкции полностью реальны, к ним относятся и конструкции
концентрирования магнитного поля Земли - привязной аэростат, штанги в виде длинных труб,
тросы и т.п, кроме того - и сама замкнутая оболочка предельно проста конструктивно.
С технической точки зрения данный проект полностью реален и реализуем в условиях
современной России.
Таким образом, инвестор сознательно рискует, вкладывая деньги в этот проект.
Подчеркнем, что лежащие в основе проекта изобретения - пионерские, позволяющие получить
новое направление в технике, поэтому в случае успеха инвестор получит весьма значительную
прибыль.
Автор
ищет
инвестора
для
осуществления
данного
инновационного проекта.
Автор не возражает и против добровольной помощи
(пожертвований) со стороны на р/с автора , что позволит автору
сделать первые шаги в этом поиске. Платежи осуществлять:
Яндекс.Деньги р/с 410011985195020.