Замкнутый цикл движения рабочего тела для теплового РД
advertisement
ЗАМКНУТЫЙ ЦИКЛ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Оглавление главная Предисловие. 1. Реальная физика движения КА 6. . Теоретическая механика и внешняя среда. 2. Ускорение КА 7. Модель импульсного двигателя с замкнутым циклом 3. Простейший классический ракетный двигатель рабочего тела 4. Модель импульсного теплового двигателя 8. Выводы 5. Модель импульсного теплового двигателя со свободным сгустком газа Литература. Модель импульсного двигателя с замкнутым циклом ПРЕДИСЛОВИЕ Рассмотрим весьма спорный тип двигателей, в которых рабочее тело имеет замкнутый цикл движения по контуру двигателя, то есть используется многократно с созданием силы тяги двигателя. Этот весьма сомнительный, с точки зрения абсолютного большинства физиков и других ученых, тип двигателей постоянно возникает в различных изобретениях, ибо уж очень соблазнительный тип двигателя для эффективного ускорения космического аппарата (КА). Скептическое отношение к этим двигателям основано на законе механики, в частности, для идеальной замкнутой механической системы движение центра массы за счет только внутренних сил невозможно. Обзор ряда таких идей по созданию двигателей с замкнутым циклом приведен, например, в [1]. Здесь автор доказывает возможность создания замкнутого цикла теплового ракетного двигателя, с точки зрения именно СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ при движении КА , использующего ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КОСМИЧЕСКИМ ПРОСТРАНСТВОМ. 1. Реальная физика движения КА. Обращаясь к современной физике, обратим внимание на свойства физического вакуума как основного элемента космического пространства, на основе обзора [2]. Отметим основные свойства: 1) во Вселенной доминирует вакуум: по плотности энергии он превосходит все другие формы космической материи, вместе взятые; 2) имеется темное вещество (самое загадочное); 3) имеется обычное вещество (звезды, планеты, люди, вещи .....); 4) имеется электромагнитное излучение или ультрарелятивистская среда. Основное механическое свойство вакуума - он не может служить системой отсчета. Нет такого прибора, который бы измерил свою скорость относительно вакуума, и его величина тождественно равна нулю: в любой системе отсчета вакуум выглядит абсолютно одинаково. Важное свойство физического вакуума - воздействуя на все тела природы своей антигравитацией, он сам никакому обратному гравитационному воздействию этих тел не поддается. Третий закон Ньютона (обязательный в механике тел) "действие равно противодействию" на него не распространяется. Иначе, у вакуума есть отличная от нуля (и притом отрицательная) активная гравитационная масса, а его пассивная гравитационная и инерциальная масса равны нулю. Отметим, что это относится к физическим условиям, при которых гравитационные поля и все другие поля являются слабыми, то есть к нашей физической среде, к Солнечной системе. И лишь только в очень-очень сильных полях возможна поляризация вакуума и ряд других эффектов, в которых локальные свойства вакуума меняются под столь сильным внешним воздействием. В целом ни галактики, ни даже само время не способны воздействовать на нынешний космический вакуум, и он абсолютно неподвижен, неизменен и вечен [2]. Значит, при движении КА по физическому вакууму нет никакого прямого силового взаимодействия между ними. Итак - ПРИ ДВИЖЕНИИ КА НЕТ НИКАКОГО ОБМЕНА ИМПУЛЬСОМ ДВИЖЕНИЯ С ПРОСТРАНСТВОМ ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА. Поэтому нелепы традиционные (изучаемые в университетах) утверждения, что при движении КА в пространстве происходит взаимодействие, обмен с пространством импульсом движения. Например, типичное утверждение "заключая всю солнечную систему в некую воображаемую оболочку, мы неминуемо придем к заключению, что если КА проникнет за пределы этой оболочки, то вся солнечная система приобретет количество движения, равное и противоположное по знаку тому, которым обладает КА" [3]. Однако благодаря свойствам физического вакуума никакой передачи количества движения нет, и "солнечная система" вообще никак не отреагирует на движение КА. Если быть точным, то есть гравитационное взаимодействие между "солнечной системой" и КА, и если КА покинет "солнечную систему", то этот КА потянет за собой "солнечную систему". Однако при этом количество движения "солнечной системы" никак прямо не зависит от количества движения КА, а их гравитационное взаимодействие зависит от массы КА и "солнечной системы" (гравитационное взаимодействие массы КА лишь ничтожная часть от количества движения КА). Заметим, что если КА для разгона использует фотонный двигатель, то поток электромагнитного излучения от этого двигателя беспрепятственно пройдет всю "солнечную систему" и даже Вселенную (если не поглотится случайным препятствием) без какого-либо взаимодействия и воздействия на "солнечную систему". Кстати, и сейчас, спустя многие миллиарды лет астрономы регистрируют поток реликтового излучения, движущегося в физическом вакууме космоса, причем это движение осуществляется без какого-либо взаимодействия с вакуумом. Таким образом, в реальности современная физика утверждает, что при ускорении КА нет никакого взаимодействия с "солнечной системой", а сам КА движется абсолютно самостоятельно, при этом "солнечная система" не получит никакого количества движения от КА (возможны лишь незначительные гравитационные взаимодействия с планетами и Солнцем). 2. Ускорение КА. Зададимся элементарным вопросом: что ускоряет КА? Физически логично и просто - ускоряет сила тяги двигателя, иначе - преобразование энергии в двигателе в силу тяги. Именно двигатель ускоряет КА! В этом и состоит функция двигателя - создание тяги. Однако часто встречается типичное утверждение теоретиков "на основе закона сохранения количества движения можно утверждать, что если КА заключить в воображаемую оболочку, то не может быть получено ускорение по отношению к некоторой внешней системе координат, пока некоторое определенное количество движения не покинет систему, проникнув за пределы оболочки"[3] Подчеркнем, что с практической точки зрения ускоряемому КА абсолютно безразлично ("наплевать"), за счет чего (каких физических процессов) двигатель создает силу тяги. Отсюда и возникает логичный вопрос - собственно, почему от ускоряемого КА должно что-то отлетать, покидать систему? ведь создавать силу тяги - это функция двигателя! Если проводить аналогии, то представим такую картину - движется поезд (паровоз плюс вагоны), и из трубы паровоза валит дым. А какой-то умник, теоретик, глядя на этот поезд и на дым из трубы паровоза, пишет научный трактат о том, что для движения поезда необходимо, чтобы дым выходил из поезда. Можно говорить, что теоретики слишком обобщают этот закон сохранения на весь КА, так как он может относиться только к двигателю с функцией создания силы тяги. Давайте все-таки четко разделим конструкцию КА по функциям (деление лошади и телеги, паровоза и вагонов). Поэтому, смотря на реальный уровень техники, просто честно признаем, что сейчас ракетные двигатели создают силу тяги за счет отброса массы, что вполне естественно, учитывая простоту таких двигателей при одноразовом использовании ракет военными, которые были и остаются основными заказчиками и потребителями ракет. Причем сейчас источником энергии в двигателях являются химические реакции, которые можно использовать только однократно, и после их использования продукты реакций надо обязательно удалять из двигателя, освобождая место в двигателе для поступления новых порций топлива. Собственно, космическое двигателестроение, ориентированное на длительные источники энергии (типа ядерных), только начинает развиваться, фактически еще "младенец". Поэтому зависимости работы для одноразового химического топлива с вынужденным выбросом из двигателя продуктов реакции -недопустимо обобщать на все типы двигателей, это просто глупо и нелогично (теоретики явно увлеклись). Например, в результате взаимодействия с полями внешней среды (более подробно рассмотрен ниже в п.6.2) возможно создание силы тяги двигателем и без какого-либо выброса массы из КА из двигателя. Таким образом, можно утверждать, что создание силы тяги - это функция двигателя, и ускоряемому КА абсолютно безразлично, за счет каких физических процессов двигатель создает силу тяги, поэтому для анализа ускорения КА достаточно рассматривать только силу тяги от двигателя, при этом сила тяги зависит только от рабочих процессов самого двигателя. 3. Простейший классический ракетный двигатель. Для напоминания приведем на рис.1 физическую схему для простейшего классического двигателя, работающего в вакууме. Рис.1 Распределение сил давления на поверхностях двигателя В двигателе, в камере нагрева происходит выделение энергии и нагрев начального холодного газа (жидкости) с температурой ТХ до горячего газа с температурой ТГ, с последующим истечением горячего газа и созданием силы тяги двигателя. И ключевой элемент - камера нагрева с соплом, где происходит этот главный физический процесс. Все остальное - вспомогательные элементы для получения этого главного процесса. При этом сила тяги в вакууме R равна равнодействующей внутренних сил на стенки элементов двигателя. Подчеркнем - сила создается только за счет воздействия газа на стенки камеры и сопла. Отметим, что в теоретической механике ключевой является гипотеза близкодействия (контактного взаимодействия), согласно которой частицы изменяют количество движения ТПМ (материальная точка переменной массы) только в момент их непосредственного контакта. Как только отделяющаяся частица получает относительную скорость по отношению к ТПМ, ее воздействие на точку контакта с ТПМ прекращается. При этом ТПМ испытывает удары со стороны этих частиц, обеспечивающие действие сил, называемых реактивными [4]. Таким образом, поток горячего газа осуществляет прямое и непосредственное воздействие на стенки и дно камеры, и после выхода из камеры какого-либо элементарного объема газа хоть на долю миллиметра, этот объем газа перестает оказывать воздействие на дно и стенки камеры. То же относится и к истекающему из сопла газу (заметим, что именно поэтому в мире не появился идиот (теоретик), который бы пытался связать силу тяги и импульс истекшего газа с длиной столба газа от двигателя). Итак, ключевой вывод - после истечения из сопла появившийся сгусток газа расширяется в вакууме в виде струи сложной формы, движется в вакууме космоса самостоятельно, ведет свободную жизнь и больше никак не воздействует на камеру нагрева и сопло. 4. Модель импульсного теплового двигателя. 4.1. Рассмотрим модель импульсного теплового двигателя, находящегося в вакууме космоса и теплоизолированного от прочих элементов, согласно рис.2. Рис.2 1-светопрозрачная стенка камеры нагрева; 2-непрозрачное дно камеры; 3-рабочее тело; 4-выпускной клапан; 5источник нагрева; 6-поток излучения; Принимаем в качестве рабочего тела - газ с высокой излучательной способностью (например, тяжелый многоатомный газ), при этом стенки камеры нагреты. Рассмотрим варианты работы такого двигателя: 1) В начальный момент импульсом энергии (электрический разряд и т.п.) нагрели рабочее тело в камере нагрева до температуры ТГ ~ 3000 К и тут же открыли выпускной клапан. Тогда рабочее тело в виде горячего газа истекает из камеры, имея среднюю скорость VГ и создавая импульс силы JГ (количество движения). Просто и понятно, все логично! 2) Предварительно надвинем съемный непрозрачный экран на светопрозрачную камеру нагрева. Затем нагрели рабочее тело до ТГ ~ 3000 К и оставили его в камере. При этом горячий газ излучает поток электромагнитных волн, проходящих через светопрозрачную стенку камеры и попадающих на светоотражающее покрытие непрозрачного экрана. И этот экран эффективно отражает эти волны, возвращая в объем камеры до 98-99% излучаемой тепловой энергии газа. Однако через некоторое время tИ открывают выпускной клапан и горячий газ с температурой ~ 0,9-0,97 ТГ истекает из камеры, создавая импульс силы, соответствующей этой температуре, и близкой по импульсу к варианту по 1). 3) Удаляем съемный непрозрачный экран с камеры нагрева. Затем импульсом энергии нагрели рабочее тело до ТГ ~ 3000 К и оставили его в камере. При этом за счет теплового излучения (камера в вакууме, причем теплоизолирована) через светопрозрачную стенку камеры происходит интенсивное охлаждение газа, например, за время tИ рабочее тело охлаждается до ТХ ~ 600 К, И только после этого охлаждения выпускной клапан открывается и холодный газ истекает в вакуум. Такой холодный газ имеет среднюю скорость V Х и создает импульс силы J Х . При этом для газа соотношение скоростей и импульсов силы пропорционально отношению (ТГ / ТХ ) (в первом приближении), то есть, в данном примере с ТГ ~ 3000 К и Т Х ~ 600 К импульс силы от горячего газ JГ в ~ 2,2 раза больше импульса силы холодного газа J Х . И это реальный физический и технический факт (который подтвердит любой специалист или учебник). Все логично и понятно, вопросов нет! Однако здесь есть физический аспект, о котором обычно молчат. Тепловое излучение газа идет в виде потока электромагнитных волн, света, имеющего скорость света с = 3 . 105 км/с, при этом импульс силы такого излучения JИ в ~ 2с/V ~ 105- 106 раз меньше импульса силы истекающего газа при одинаковой энергии. Таким образом, при охлаждении газа с ТГ до ТХ удаляется энергия (ТГ - ТХ ) в виде теплового излучения с импульсом JИ .При этом JГ > JХ , а JИ << J Х и J И << J Г, причем J Г – J Х >> J И (разница в 105 раз),или иначе J Х < J Г – J И . Таким образом, излучение энергии рабочим телом в космос в виде потока электромагнитных волн с ничтожно малым импульсом J И приводит к значительно более мощному (на 5 порядков) падению импульса силы рабочего тела с JГ до J Х (при одинаковой энергии потока излучения и уменьшения тепловой энергии газа). А- у, где здесь закон сохранения количества движения!? Реальная физическая картина мира намного сложнее, чем простая модель в физике, где существует теоретический закон сохранения количества движения. И ни один физиктеоретик не объяснит внятно, почему закон сохранения количества откровенно и нагло не выполняется в вышеприведенном примере. Подчеркнем, что уменьшение импульса силы при истечении газа с разными температурами ТГ и ТХ - это реальный физический и технический факт, как и то, что падение импульса силы достигается с помощью удаления энергии теплового излучения с ничтожно малым импульсом силы JИ << JГ – JХ . Таким образом, имеем физический "излучательный газодинамический парадокс"(ИГП) (название, предлагаемое автором). Заметим, что взаимодействие атомов газа со стенкой имеет упругий характер, без изменения импульса атомов и горячей стенки. Также излучение газа носит объемный характер, и каждый атом испытывает множество столкновений с другими атомами (с излучением при этом квантов света) при движении к стенке и до однократного своего столкновения со стенкой, поэтому излучение газа - основной процесс. Из сопоставления 2-го и 3-го вариантов также видно, что при одинаковом времени tИ удерживания горячего газа и одинаковом времени воздействия атомов газа на стенки камеры имеем разные температуры и импульсы силы от истечения газа, то есть и здесь главный процесс тепловое излучение газа (а не процессы столкновения атомов со стенками). Это позволяет сделать вывод, что стенки камеры практически не поглощают разницу импульсов ( JГ – JХ), или иначе- имеем слабое влияние стенок камеры на процесс излучения и истечения газа (максимум влияния - на уровне тонкого эффекта). 4.2. Возвращаясь к пункту 1, получаем, что в камере имеем физический вакуум плюс обычное вещество - газ плюс тепловое излучение газа в виде потока электромагнитных волн (итого - три типа материи из четырех). Причем сами по себе низкоэнергетические атомы конструкций двигателя (стенки камеры и сопла) и самого КА никак не взаимодействуют с физическим вакуумом, как не взаимодействует и электромагнитное излучение. С точки зрения логики получается, что при излучении от газа происходит интенсивное взаимодействие физического вакуума и обычной материи - газа. Тогда - каков механизм этого взаимодействия? В общем, куда девается разница импульсов (JГ – JХ) при излучении всего-то ничтожно малого импульса излучения JИ ? Заметим, что для дальнейшего получения JГ необходимо снова подвести энергию до уровня температуры ТГ. Получается, что разница импульсов уходит из камеры и никак не проявляет себя, то есть рассеивается в физическом вакууме вне объема камеры нагрева. Иначе, вакуум "съедает" эту разницу импульсов при взаимодействии с потоком газа, или эта разница передается самому вакууму космоса (рассеивается в нем). В общем, это работа для физиков-теоретиков. Подчеркнем, что слабое теоретическое объяснение ИГП никак не мешает возможному практическому применению самого парадокса ИГП для технических целей. Напомним, что законы гравитации Ньютон вывел еще сотни лет назад и они широко используются, но даже сейчас физики спорят собственно о природе гравитации (есть несколько теорий). В частности, возможность изменения полного импульса газового потока за счет теплового воздействия уже давно (десятки лет назад) разработана советскими учеными - газодинамиками, создавшими концепцию "теплового сопла"[6 ]. Однако требования к максимальной простоте ракетных химических двигателей (особенно для военных) привели к полной победе использования геометрического изменения (сужения или расширения) площади потока для увеличения импульса, реализуемого с помощью сопел с изменяющейся площадью (типа сверхзвуковых сопел разной геометрии). И сейчас даже многие специалисты просто забыли о других возможных воздействиях на газовый поток. 5. Модель импульсного теплового двигателя со свободным сгустком газа. 5.1. Сделаем следующий шаг по сравнению с пунктом 4. Итак, согласно рис.2 и п.4.1, имеем непрозрачную стенку камеры нагрева (за счет непрозрачного экрана или сама стенка непрозрачная). Имеем рабочее тело - тяжелый газ, находящийся в камере нагрева, при этом в него добавляют микрочастицы (наночастицы) графита или других тугоплавких соединений, в количестве 0,1...10% от массового расхода газа. Такой "запыленный" поток резко, на один-три порядка повышает излучательную способность газового потока, а малая масса добавок позволяет пренебречь, в первом приближении, их влиянием на газодинамику и ограничиться рассмотрением движения газа. Отметим, что в конце участка нагрева внутри камеры получается равновесный тепловой режим с температурой ТГ, при котором тепловое излучение от неподвижного потока газа попадает на горячие стенки камеры и в основном отражается назад в поток газа (за счет светоотражающего покрытия и т.п.).После открытия запорного устройства (выпускного клапана) происходит истечение горячего газа с температурой ТГ и давлением рК из камеры нагрева в вакуум. Здесь модель истечения газа из сосуда постоянной емкости через отверстие постоянного сечения, и в зависимости от параметров газа и камеры имеем разное время истечения, например, на уровне 10 -2 c[1]. Истекший из камеры нагрева горячий газ создаст импульс силы потока JГ = m V Г + pКФ F К t; (1) где pКФ - среднее давление в камере во время процесса истечения, со временем истечения t через сечение камеры с площадью FК, со средней скоростью истечения VГ при расходе газа m для импульса истечения газа из камеры. После истечения получаем горячий сгусток газа, расширяющийся в вакууме в виде струи сложной формы, причем этот сгусток движется в вакууме космоса самостоятельно, ведет свободную жизнь и больше не воздействует на камеру нагрева. 5.2. Так как же идет свободная жизнь сгустка газа в вакууме? Газодинамика потока согласно условию обращения воздействия имеет вид (M 2 - 1) dV/ V = dF/F - (k-1) dQ НАР /a 2КР.; (2) При этом для дозвукового газового потока отвод тепла и расширение канала потока приводит к замедлению потока. Причем поток газа в замкнутом объеме камеры практически неподвижен, а при истечении в вакуум из неподвижного состояния переходит в поток со звуковой скоростью, однако в силу инерционности процессов такой переход не может проходить мгновенно. Как показали эксперименты в газовой динамике, линия перехода звуковой скорости находится на расстоянии до 25% от диаметра камеры для осевой части потока [5].Здесь же добавляется и инерция субмикронных тяжелых частиц (графита и т.п.), намного более тяжелых и инерционных, чем атомы газа. Еще один важный фактор мощное тепловое излучение, которое согласно формуле (2) также замедляет дозвуковой поток, причем здесь интенсивное тепловое излучение потока газа свободно уходит в космос. И все эти факторы активно противодействуют перепаду давления между потоком и вакуумом, заставляющего поток ускоряться до звуковой скорости. Например, для концепции замкнутого цикла двигателя с дозвуковой струей имеем пример, где диаметр камеры 0,56 м, и интенсивное тепловое излучение позволяет "сбросить" температуру газа с ТГ = 3000 К до 2000 К буквально на длине до 0,05 м от выходного сечения камеры. А уменьшение температуры потока в 2 раза происходит на участке излучения с длиной до 0,15 м (то есть до перехода скорости звука, по крайней мере - по оси потока), с уменьшением скорости звука до 40% и уменьшением полного импульса потока. Итак, свободно движущийся динамичный поток газа интенсивно охлаждается до 2-х раз на длине участка излучения до 0,2 м, за счет подбора параметров газового потока и микрочастиц, с возможностью дальнейшего падения температуры и охлаждения потока на участке с длиной до 1 м и более [1]. Таким образом, в конце участка излучения холодный газовый поток имеет температуру ТХ , давление рХ и импульс JХ. При этом в космос излучается 40...95% тепловой энергии, оптимально - 50...80%. Полный импульс потока: J Х = m VХ + p Х F В t ; (3) где VХ - скорость холодного потока с сечением FВ при расходе m за время истечения t. Здесь получаем быстрое падение рГ до рХ (соответственно падению ТГ до ТХ), которое не компенсируется ростом величины сечения потока FВ , причем падение температуры в 2 раза приводит к падению скорости критической скорости на 40%. И оценка величины импульсов дает соотношение JХ ~ (0,6-0,7) JГ . Собственно, эти оценки достаточно близко соответствуют ожидаемым параметрам "тепловых сопел". Заметим, в реальности поток газа из камеры нагрева истекает в виде конуса, так как поток в вакууме расширяется и граница потока увеличивается. Однако расширение не может идти со скоростью, большей скорости звука. При этом быстрое охлаждение центральных областей потока уменьшает в 1,5...2 раза статическое давление и стремление потока к расширению, с уменьшением и скорости звука. Таким образом, имеем движение свободного потока газа в вакууме с изменением полного импульса потока (применение концепции "теплового сопла" для свободного потока). Возвращаясь к примеру в пункте 4, заметим, что там речь шла о потенциальной потере импульса (JГ – JХ) за счет теплового излучения с импульсом JИ из камеры нагрева. Здесь же речь идет о потере импульса (JГ – JХ) за счет теплового излучения при движении в свободном пространстве вакуума (на участке излучения) с импульсом излучения JИ. При этом движении сгустка происходит интенсивное взаимодействие физического вакуума и потока газа с излучением тепловой энергии (ТГ – ТХ) в виде волн с импульсом JИ, в результате которого поток газа теряет импульс J= JГ – JХ. Иначе - в силу каких-то процессов взаимодействия поток газа передает физическому вакууму разность импульсов J, и космос "съедает " эту разницу импульсов J. Итак, здесь физический вакуум выступает в качестве реальной внешней силы на поток газа, взаимодействующей с этим потоком, пусть и весьма специфической и непонятной теоретически. 6. Теоретическая механика и внешняя среда. 6.1. Рассмотрим зависимости движения какой-либо системы. Согласно теоретической механике, закон сохранения количества движения гласит: "Если главный вектор всех внешних сил, действующих на систему, равен нулю, то вектор количества движения материальной системы остается постоянным по величине и направлению". Именно этот закон запрещает ускорение замкнутой механической системы при использовании только внутренних сил в этой системе. Теорема импульсов гласит: "Изменение количества движения материальной системы за промежуток времени [t0 , t] равно главному вектору импульсов всех внешних сил, приложенных к системе, за тот же промежуток времени". Таким образом, весь вопрос в наличии внешней силы (есть центральное силовое поле, есть потенциальные силы и т.п.). Напомним и теорему Пуансо : "Всякую пространственную систему сил в общем случае можно заменить эквивалентной системой, состоящей из одной силы, приложенной к какой-либо точке тела (центра приведения) и равной главному вектору данной системы сил..." [7]. Таковы общие теоретические основы движения любой материальной системы. 6.2.Заметим, что давно известна (и испытана в реальных условиях) концепция магнитостатической тяговой системы, представляющая собой электродинамическую тросовую систему, создающую силу тяги за счет взаимодействия тока с внешним магнитным космическим полем. Имеется целый ряд проектов таких систем и конструкций (например, обзор в [1]). Подчеркнем, что во всех этих разработках магнитное поле не является источником энергии, а энергия - в узлах двигателя, и здесь магнитное поле - это специфическая внешняя среда (в которой движется КА), воздействующая на поток рабочего тела(даже в виде электрического тока) или систему двигателя. Именно взаимодействие внешней среды и рабочего тела создает силу тяги на двигатель КА, причем здесь нет никакого истечения рабочего тела из двигателя или КА в космическое пространство. Отметим и способ создания тяги в вакууме, и полевой двигатель для КА, в котором воздействуя на вакуум сочетанием электрического и магнитного полей двигателя КА, этот вакуум искусственно деформируют в нужном направлении, создавая тем самым неуравновешенную силу тяги [8]. Отметим и гравитационные двигатели, обеспечивающие ускорение КА за счет гравитационного воздействия на КА со стороны планет. И уже десятки лет в космонавтике такое воздействие используется на практике, например, при полете к Меркурию было использовано гравитационное поле Венеры, при полете к Сатурну -поле Юпитера и т.д. [9]. Все эти примеры доказывают, что внешняя среда - космос может служить в качестве внешней силы, позволяя осуществить движение КА за счет энергии в двигателе и без какого-либо отбрасывания рабочего тела и его количества движения из системы КА. 6.3. Главный вопрос. Возвращаясь к пункту 5.2, модели импульсного теплового двигателя со свободным сгустком газа в космосе, задаем главный вопрос: взаимодействует ли внешняя среда -космос с потоком излучающего газа, выполняя функцию внешней силы? Ответ очевиден - ДА! Здесь 2 взаимодействующих физических объекта - струя газа и внешняя среда (физический вакуум). Да, безусловно, для газа идет процесс сброса тепловой энергии, причем в виде потока электромагнитных волн с импульсом JИ, который попадает на другой объект -внешнюю среду, а это и есть передача внешней среде потока волн от струи газа. Главное - внешняя среда (космос) взаимодействует с потоком газа, принимая излучение в виде потока волн с энергией, равной сброшенной тепловой энергии (ТГ- ТХ) и импульсом JИ. Более того, внешняя среда (физический вакуум) отнимает у потока газа (берет себе) разницу импульсов J=JГ - JХ, причем J>> JИ . Тем самым, внешняя среда (физический вакуум) полностью выполняет функцию внешней силы на движущийся излучающий свободный поток газа, воздействуя на поток газа с изменением параметров потока газа! Таким образом, модель импульсного теплового двигателя со свободным сгустком газа в космосе, с активным излучением тепловой энергии этим сгустком, с физической точки зрения не является идеальной замкнутой системой, на которую распространяется запрет на ускорение внутренними силами. В реальности имеем модель двигателя, взаимодействующего специфическим образом с внешней средой (космосом, физическим вакуумом), которая выполняет функцию внешней силы для изменения параметров сгустка газа при движении во внешней среде. 7. Модель импульсного двигателя с замкнутым циклом рабочего тела. 7.1. Рассмотрим физическую модель импульсного двигателя, использующего взаимодействие с внешней средой (физическим вакуумом), схема которого приведена на рис.3. К модели по вышеизложенному варианту в пункте 5 добавляется светопрозрачный баллон и система сбора холодного газа. Заметим, что параметры такого двигателя достаточно подробно описаны (автором)[1], здесь же рассмотрим именно физическую модель такого двигателя. Подчеркнем, во избежание путаницы понятий, что в баллоне осуществлен технический вакуум, то есть вакуум для обычного вещества - молекул газа и микрочастиц. Одновременно в баллоне находится и физический вакуум, который в силу свойств абсолютно идентичен по обе стороны оболочки - вне и внутри оболочки (а также в самой стенке). Для физического вакуума просто нет такого понятия, как "закон Архимеда"и нет вытеснения этого вакуума из какого-либо объема материальным телом. Оболочка баллона из обычного вещества и физический вакуум - разные типы материи и энергии, никак не взаимодействующие между собой (они просто "не видят" друг друга). Внутри оболочки (стенки) баллона - технический вакуум для молекул и атомов газа из обычного вещества. И эта оболочка (стенка) является препятствием только для таких же материальных частиц (атомов), но уж никак не для физического вакуума. Отметим, что из камеры нагрева горячее рабочее тело истекает в технический вакуум баллона свободным газовым потоком, причем внутренний объем баллона больше объема газового потока в 10...1000 раз, а внутри баллона постоянно поддерживают вакуум. Это вводится для обеспечения свободного течения газового потока в баллоне, причем здесь исключается даже косвенное воздействие на стенки баллона. Рис. 3. 1- источник энергии; 2 -камера нагрева; 3- запорное устройство; 4-запорное устройство; 5- светопрозрачная вакуумная камера(баллон); 6-система сбора газа; 7-вакуумный насос; 8 -емкость с рабочим телом; 9- зона излучения газового потока. Иначе- стенки баллона находятся далеко от газового потока, никак не влияя на движение этого потока. То есть, стенки баллона не имеют никакого отношения к рабочему процессу в двигателе, и принципиально можно вообще обойтись без баллона, ограничившись истечением газа в открытый космос. Однако стенки баллона выполняют иную функцию они не позволяют улететь в космос атомам, вылетевшим из свободного потока на участке излучения (в силу флуктуации параметров атомов). Поэтому стенки баллона все-таки нужны, а для пропускания излучения от газового потока стенки баллона выполнены из светопрозрачного материала, например, из кварцевого стекла (работоспособного при температуре более 2000 К0. А для отсоса газа из баллона установлен вакуумный насос, который обеспечивает в баллоне технический вакуум. Итак, имеем баллон, в котором есть технический вакуум для обычного вещества, а при движении свободного газового потока (истекшего из камеры нагрева) нет никакого взаимодействия со стенкой баллона. При этом одновременно внутри баллона происходит движение газового потока и по физическому вакууму с излучением тепловой энергии (на участке излучения). Иначе -ДАЖЕ НАХОДЯСЬ ВНУТРИ БАЛЛОНА, ГАЗОВЫЙ ПОТОК ИЗ КАМЕРЫ ИСТЕКАЕТ ВО ВНЕШНЮЮ СРЕДУ -- ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ. Поэтому для процессов взаимодействия этого потока с внешней средой не имеет никакого значения наличие или отсутствие стенок баллона. И при движении потока происходит переход тепловой энергии молекул обычного вещества (потока газа) в другой вид энергии - электромагнитное излучение, которое полностью удаляется из объема баллона. При этом свободное движение потока газа внутри баллона без какого-либо взаимодействия со стенками исключает передачу импульса потока стенкам баллона. Таким образом, имеем излучающий поток газа и быстрое падение его температуры с уменьшением импульса газового потока (и это реальный физический и технический факт), с появлением разницы импульсов (JГ - JХ) горячего и холодного сгустка газа после прохождения участка излучения. 7.2. После прохождения участка излучения холодный свободный поток газа попадает в систему сбора газа выполненную в виде трубы и расположенную в дне баллона. При этом диаметр входного отверстия обязательно превышает диаметр холодного потока газа. Сама труба имеет, например, коническую форму, основание которой - у дна баллона, и постепенно уменьшается в вершине конуса, где и соединяется с обычной изогнутой цилиндрической трубой (тоже узел систему сбора), которая соединена другим концом к входному отверстию камеры нагрева (с клапаном или другими устройствами). Таким образом, эта система сбора газа - аналог воздухозаборника ПВРД (прямоточный воздушно-реактивный двигатель), весьма изогнутый, но по своим функциям идентичный. Иначе, система сбора засасывает холодный поток газа, после его активного взаимодействия с внешней средой и сброса в космос основной части тепловой энергии (до 50...90%). При этом согласно 3-му закону Ньютона (и закону сохранения импульса) такой холодный поток газа воздействует на дно баллона с импульсом JХ, а затем течет по трубе в виде газа с примерно одинаковыми параметрами ТХ и рХ до входа в камеру нагрева. Подчеркнем, что если подходить строго физически, то здесь имеем двигатель, в котором подводят энергию и получают ПОТОК ГОРЯЧЕГО ГАЗА (с ТГ ,рГ, VГ ), который действительно ПОКИДАЕТ ДВИГАТЕЛЬ и истекает во внешнюю среду с созданием силы тяги на двигатель (согласно импульсу JГ). А система сбора улавливает поток холодной внешней среды - атмосферы (из газового потока), которая просто движется со скоростью VХ и давлением рХ, с температурой ТХ и импульсом JХ , иначе - система сбора - это "воздухозаборник" холодного внешнего потока газа (как у ПВРД). И эта разница импульсов возникает благодаря взаимодействию горячего газового потока с внешней средой путем излучения тепловой энергии потока (реализация "теплового" сопла для свободного потока). 7.3. Рассмотрим систему сил. Отметим, что в изогнутой трубе системы сбора газа движется холодный газ с примерно одинаковыми параметрами (ТХ , рХ, JХ ) на входе и выходе трубы, поэтому здесь происходит компенсация их взаимодействия для трубы. Таким образом, ключевыми являются сила воздействия на дно камеры истекающего горячего потока с импульсом JГ и силой RГ, а также сила воздействия холодного газового потока на входное отверстие трубы системы сбора газа с импульсом JХ и силой RХ . Подчеркнем, что имеем в баллоне технический вакуум с давлением рБ ~ 0, и газовый поток движется свободно, без воздействия на стенки баллона. То есть, это простая система с 2-мя силами RГ и RХ (JГ и JХ), действующие по одной оси (плоская система сил). Тогда (согласно пункту 6.1) получаем, что здесь действует равнодействующая сила R (сила тяги), равная разности сил от горячего RГ ( JГ) и холодного RХ (JХ ) потоков газа, R = RГ - RХ (или пропорциональная JГ - JХ). Итак, предложенная модель импульсного теплового ракетного двигателя обеспечивает получение силы тяги двигателя за счет взаимодействия с помощью излучения рабочего тела с внешней средой, при этом возможен замкнутый цикл движения рабочего тела по контуру двигателя в течении длительного времени. 8. Выводы. Итак, суммируя основные выводы по изложенному в пунктах 1-7, получаем : 1) при движении КА нет вообще никакого обмена импульсом движения с пространством физического вакуума; 2) сам КА движется абсолютно самостоятельно, без какого-либо взаимодействия с "солнечной системой", а его движение определяется лишь силой тяги и её вектором; 3) создание силы тяги - это функция двигателя, и ускоряемому КА абсолютно безразлично, за счет чего и каких физических процессов двигатель создает силу тяги; 4) имеется физический "излучательный газодинамический парадокс" (ИГП), при котором благодаря излучению тепловой энергии с импульсом электромагнитных волн JИ сам газовый поток изменяет полный импульс силы при истечении в вакуум с величины JГ (для горячего газа) до величины JХ (для холодного газа), причем разница JГ - JХ >> JИ ; 5) движущийся свободный поток газа в вакууме излучает во внешнюю среду -космос тепловую энергию от горячего газа и благодаря ИГП получаем разницу импульсов силы между горячим и холодным (остывшим) потоком газа после прохождения участка излучения, что позволяет получить силу тяги от этого потока газа; 6) для изменения количества движения материальной системы необходима внешняя сила, при этом в качестве такой внешней силы может выступать взаимодействие с различными типами внешней среды (магнитное поле, гравитация и т.п.), и нет физического запрета на использование в качестве такой внешней среды и самого космоса, в частности, физического вакуума; 7) возможно движение свободного потока газа внутри баллона (со светопрозрачными стенками) в техническом вакууме (для обычного вещества) и одновременно - в физическом вакууме, поэтому и внутри баллона горячий поток газа взаимодействует с внешней средой (физическим вакуумом), с изменением параметров потока (импульс силы и др.); 8) получаем двигатель, в котором подводят энергию и получают поток горячего газа, который действительно покидает двигатель и истекает во внешнюю среду с созданием силы тяги на двигатель, при этом система сбора улавливает лишь "атмосферу" в виде потока холодного газа, выполняя функцию "воздухосборника" ПВРД; 9) внешняя среда, космос - физический вакуум выполняет функцию внешней силы, обеспечивая изменение полного импульса потока газа при передаче (излучении) тепловой энергии потока на участке охлаждения (на основе ИГП) во внешнюю среду; 10) для плоской системы сил равнодействующая - сила тяги определяется разностью сил от горячего и холодного состояния потока газа, и эта разница обеспечивает получение силы тяги двигателя. Итак, анализ современной физики показывает, что физически возможно получение силы тяги импульсного теплового ракетного двигателя при изменении параметров потока газа (включая полный импульс) за счет излучения тепловой энергии во внешнюю среду. При этом возможен замкнутый цикл движения рабочего тела по контуру двигателя в течении длительного времени. Литература. 1. Б.М.Солодов. Экзотические схемы двигателей для космических полетов. Самара, Изд-во "Самарская губерния", 2008,263 с. 2. А.Д.Чернин. Космический вакуум // УФН. - 2001, том 171, № 11, с.1153-1175. 3. У.Р.Корлисс. Ракетные двигатели для космических полетов. М.Изд-во иностранной литературы. 1962, - 489 с. 4. Курс теоретической механики: Учебник для вузов // В.И.Дронг и др. Изд-во МГТУ им.Баумана. 2005. 5. М.Е. Дейч. Техническая газодинамика. М. Энергия, 1974. 6. Г.Н.Абрамович. Прикладная газовая динамика. Часть 1. М. Наука. 1991 7. Н.В.Бутенин, Я.Л.Лунц, Д.Р.Меркин. Курс теоретической механики. СПб, Изд-во "Лань" 8. Патент РФ 2185526, МПК F03Н5/00, опубл. 20.07.2002. Способ создания тяги в вакууме и полевой двигатель для космического корабля. 9. К.Готланд. Космическая техника. М. Мир, 1986, - 296 с.