Окно в будущее. пард – сердце планетолетов — О самолётах и авиастроении

Высоко над нами, в верхних слоях воздуха, скрыты неисчерпаемые запасы энергии. Применять их особенно удобно для летательных аппаратов: трансконтинентальных самолетов, неестественных спутников межпланетных ракет и Земли.

Эту энергию доставляют на Землю излучения Солнца, звезд, космические лучи и метеоры. Пробиваясь через воздух, они создают огромную работу. В безоблачный сутки чистый и сухой воздушное пространство поглощает все вредные для жизни излучения и регулирует поступающую на Землю энергию с величайшей точностью, пропуская около двух малых калорий излучения в 60 секунд на 1 см? поверхности Почвы.

До тех пор пока энергия этих излучений громадна, они от кислорода и атомов азота – главных газов воздухи – отрывают по одному либо по нескольку электронов (другими словами ионизируют газы), и расщепляют молекулы газов на атомы (диссоциируют их).

Как происходит диссоциация молекул? В большинстве случаев кислород складывается из молекул, имеющих размер около 0,0000003 миллиметра. В нижних, плотных слоях воздуха, куда попадают лучи лишь маленьких энергий, два атома кислорода, прочно связавшись между собой внешними электронами, вечно кружатся один около другого.

Но в верхних слоях воздуха, куда доходят еще не ослабленные лучи, кислород в виде молекул находится лишь ночью. Первые косые лучи Солнца сперва заставляют атомы этого газа легко отодвинуться друг от друга, а позже, в то время, когда энергия и интенсивность солнечного излучения возрастают, оно и вовсе отрывает атомы один от другого. Наряду с этим Солнце придает атомам кислорода очень громадную энергию и мешает их обратному соединению в молекулу.

Ионизация кислорода под влиянием излучений происходит так. Нейтральный атом кислорода складывается из ядра, имеющего хороший заряд, и восьми отрицательно заряженных электронов, вращающихся около ядра. При достаточно сильном облучении один из электронов наружной электронной оболочки отрывается и покидает атом, что, так, получает хороший заряд.

Весьма сильное облучение может оторвать от атома два, три а также больше электронов. Наряду с этим атом поглощает любой раз все больше энергии.

Вот на эту-то работу, совершаемую по пути через воздух, и затрачивается энергия излучений Солнца, метеоров и космических частиц. В случае если на высоте 250 км, где энергия излучений способна расщепить практически все молекулы, газы находятся лишь в атомарном виде, то ближе к Почва количество атомарных газов делается меньше и меньше.

Дабы ионизировать газы, нужно затратить большое количество больше энергии, чем на то, дабы диссоциировать их. К примеру, дабы от электронной оболочки кислорода оторвать один электрон, нужно на любой килограмм газа потравить около 9800 ккал (громадных калорий) энергии, тогда как на диссоциацию этого же количества кислорода расходуется лишь около 3700 ккал. Так, в то время, когда приходящее излучение уже утратило столько энергии, что не имеет возможности ионизировать газ, оно имеет еще хватает энергии для его диссоциации.

В следствии работы всех видов излучений в воздухе образуются разные слои с различной степенью ионизации газов – ионосфера. На широтах от тропика Рака до тропика Козерога, где Солнце светит всего посильнее и воздушное пространство довольно более разрежен, слои диссоциированного кислорода в 12 часов дня смогут пребывать на высотах от 40–50 км над уровнем моря, причем чем ниже, тем меньший содержится в них процент диссоциированного кислорода.

Слои атмосферы непостоянны по степени ионизации и происходящим в них процессам. В то время, когда Солнце стоит в зените, его лучи всего «посильнее» удерживают молекулы и атомы газов в ионизированном и диссоциированном состоянии. В то время, когда же Солнце начинает опускаться к горизонту, путь его лучей в воздухе удлиняется, диссоциированные слои поднимаются выше, а в нижних слоях начинается так называемая рекомбинация: атомы опять соединяются между собой.

Наряду с этим высвобождается та энергия, которую они получили от Солнца. Эта энергия выделяется сейчас в виде тепла и света. Ионизированные атомы при рекомбинации жадно захватывают недалеко от расположенные электроны и также выделяют энергию. Энергия эта огромна. Лишь при рекомбинации диссоциированного кислорода выделится 848 ккал на любой кг воздуха. При стремительной рекомбинации этого количества было бы достаточно для того, чтобы нагреть целый воздушное пространство этого слоя более чем на 3000°С.

Более того, если бы целый кислород вдобавок был еще хотя бы единожды ионизирован, то он выделил бы еще по 1960 ккал на 1 кг воздуха. Наконец, в случае если в воздухе будет еще диссоциирован целый азот, то на 1 кг воздуха выделится еще по 4250 ккал.

И эта огромная энергия до тех пор пока что исчезает без пользы для человека.

НЕОРДИНАРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Мы уже видели, что днем лучи Солнца мешают диссоциированным атомам кислорода соединиться между собой. Но имеются вещества, каковые как бы «лишают» лучи Солнца данной способности. Эти вещества смогут быть газообразными, жидкими, в виде пара либо жёсткими, в мелко распыленном состоянии.

Все они действуют как катализаторы, другими словами не соединяются с газом на протяжении рекомбинации его атомов, а оказывают помощь реакции только присутствием и своим участием. Достаточно ввести в атомарный газ таковой катализатор, и диссоциированный газ практически мгновенно преобразовывается в молекулярный, выделяя всю заключенную в нем энергию. Катализатора наряду с этим расходуется ничтожно малое количество.

В случае если б он не разрушался под действием больших температур, то кроме того маленького его количества было бы достаточно, дабы неограниченное количество диссоциированных газов соединилось в молекулы. В случае если катализатор вводить под громадным давлением и придать ему еще и громадную скорость, то газ рекомбинируется еще стремительнее.

Оказывается, это явление возможно применять для разгона и ракет и торможения самолётов.

В первой половине 50-ых годов XX века была предложена мысль двигателя для ракет и самолётов, что имел возможность бы применять естественные атомарные газы воздуха.

На рисунке ниже продемонстрирована предположительная схема двигателя, применяющего явление диссоциации атомов. Каково будет настоящее его размеры и устройство, сообщить еще весьма тяжело. Из схемы видны отличия этого двигателя от всех других и легко понятен принцип его действия.

Струя воздуха, содержащего на громадной высоте практически чистый атомарный кислород, втекает в заборное отверстие двигателя, имеющее широкое сечение. Неспешно уплотняясь, он достигает участка с самым узким сечением. Тут в рабочем пространстве в него впрыскивается катализатор, благодаря чему в струе воздуха происходит рекомбинация атомарного кислорода в молекулярный с выделением громадного количества тепла.

Очень сильно нагретый и расширившийся воздушное пространство после этого устремляется по неспешно расширяющемуся каналу сопла и вылетает из него со скоростью, намного превосходящей ту, с которой он вошел в двигатель. Так появляется отличие в скоростях входящего и выходящего воздуха – реактивная тяга, подталкивающая двигатель вперед.

Посредине двигателя расположено центральное тело – конический стержень, что может передвигаться как вперед, так и назад, причем в крайнем заднем положении он закрывает самое узкое сечение канала, перекрывая поток воздуха. На нем кроме этого находятся форсунки для впрыскивания катализатора. При передвижении стержня вперед катализатор будет поступать в рабочую камеру со все громадным опережением, а в один момент будет возрастать и проход для воздуха, благодаря чему возрастает и скорость потока воздуха.

Катализатор впрыскивается через два последовательности отверстий – форсунок. Верхний последовательность этих отверстий посредством несложного механизма может трудиться только при крайнем заднем положении центрального тела, в то время, когда проход воздуха через двигатель наглухо закрыт. В таком положении реактивная сила от соединения атомарного кислорода будет направлена вперед, что разрешает применять двигатель для торможения.

Впрыскивание катализатора производится нередкими небольшими порциями, причем при разгоне длительность впрыскивания обязана занимать от 1/500 до 1/10000 доли секунды. При торможении, и при крейсерском полете на высоте в пределах воздуха впрыскивание производится реже, приблизительно каждую 1/100 долю секунды. Порция катализатора в любых ситуациях подается одинаковая: доли грамма.

Так как в горле сопла начинается очень высокая температура, то для его охлаждения по кольцевому каналу, располагаемому около сопла, обязан непрерывно циркулировать жидкий металл либо сплав. В ракеты данный металл отдает собственный тепло воде и превращает ее в перегретый пар. Со своей стороны, циркулируя по замкнутому кругу, перегретый пар проходит через турбину, отдает ей собственную энергию и конденсируется опять в воду. Энергия турбины употребляется для выдвижения воздушных заслонок ракеты, вращения моторов, осуществляющих впрыскивание катализатора, работы насоса совокупности охлаждения жидким металлом и т. д.

Участок самого узкого сечения двигателя приходится делать очень маленьким. Это нужно вследствие того что диссоциация газов может происходить не только при излучений, но и при больших температурах. В этом случае в случае если горло сопла сделать через чур долгим, то под действием большой температуры кислород успеет опять диссоциироваться, кроме того не обращая внимания на присутствие катализатора, и, конечно, никакого приращения перемещения не случится, поскольку при диссоциации кислорода в противоположность рекомбинации его энергия не. выделяется, а поглощается.

В случае если удастся отыскать жёсткий катализатор, то схема двигателя еще более упростится. Тогда за центральным телом достаточно будет поставить решетку (сетку) из для того чтобы жёсткого катализатора, и вся совокупность впрыска окажется ненужной, как и запас жидкого катализатора. Приблизительно так же (с решеткой) может смотреться и схема двигателя, применяющего энергию лишь ионизированных, но не диссоциированных газов, лишь в этом случае через решетку нужно пропускать электрический ток.

ЛЕТАЮЩИЕ ПИРАМИДЫ

Подсчитано, что для разгона ракеты диаметром 27 м с обрисовываемым двигателем со скорости 2 км/сек до скорости 11,2 км/сек расход катализатора – азотистого ангидрида – не превысит 1000 кг. При применении же жёсткого катализатора его потребуется еще меньше.

Сама ракета должна быть как минимум двухступенчатая. Первой ступенью смогут быть очень замечательные жидкостно-реактивные либо какие-то другие двигатели, к примеру применяющие для разгона атомарный водород, забранный с собой с Почвы. Назначение первой ступени – поднять ракету к слою атомарных газов атмосферы и сказать в том месте летательному аппарату нужную для работы его двигателей скорость.

самая приемлемой формой для таковой ракеты была бы пирамида. Для самолета, имеющего крылья, вероятен кроме этого фюзеляж в виде конуса. Но пирамида лучше. В действительности, при монтаже она весьма устойчива. В громаднейшем квадратном сечении таковой ракеты возможно расположить большое количество двигателей первой ступени, что разрешит ракете иметь при взлете громадную суммарную тягу их.

Вместо рулей на таковой ракете смогут быть применены воздушные заслонки, каковые, во-первых, занимают мало места, а во-вторых, при закрытом положении помогают дополнительной защитой фюзеляжа. При вертикальном подъеме таковой ракеты возможно регулировать направление кроме этого трансформацией силы тяги двигателей первой ступени. При ракете в форме конуса она, если не будет иметь крыльев, начнет вращаться около оси, чего не случится при пирамидальной форме.

Одновременно с этим при опорожненных баках первой ступени относительный вес, приходящийся на 1 м? громаднейшего сечения ракеты, будет столь мал, что она при разгоне скоро купит нужную скорость, а при перемещении в воздухе в положении широкой частью вперед начнет парашютировать, что облегчит посадку.

На пирамидальной ракете двигатели находятся в самом ее основании по краям. Дабы не увеличивать сопротивление воздуха при перемещении ракеты в плотных слоях, двигатели при подъеме запрятаны в теле ракеты и выдвигаются лишь в рабочем слое. По окончании выдвижения двигатели целым квадратом без каких-либо промежутков либо щелей опоясывают самую широкую часть ракеты.

Это происходит при ее перемещении по линии, практически концентричной поверхности Почвы. Сейчас все горючее первой ступени, заполнявшее баки ракеты при подъеме, будет израсходовано. От ракеты останется, по существу, лишь каркас, обтянутый узкой железной оболочкой, двигатели, бак с катализатором и нужный груз, поскольку все другое (двигатели первой ступени, баки либо часть их и т. д.) возможно скинуто на землю на парашютах.

Одновременно с этим через двигатели на таковой облегченной ракете будет проходить практически целый воздушное пространство с громадной поверхности всей ракеты.

Тяга таковой ракеты будет в совершенном случае равна (при применении лишь атомарного кислорода) примерно 120 кг с каждого 1 м? лобового сечения ракеты (на высоте 60 км над экватором в 12 часов дня при средней активности Солнца). Это значит, что при длине стороны в 5 м тяга будет равна 3 т, а температура нагрева воздуха в двигателях составит от 840 до 1400°С. Это не верно уж большое количество при столь громадных размерах ракеты.

Но при огромных размерах ракеты – протяженность ее стороны должна быть около 60 м! – мыслится вероятным полет на Марс с пассажирами. При скорости 2 км/сек и большой диссоциации 50%, при плотности 1/1000 от плотности у Почвы такая ракета соберет со всей площади энергию, равную практически 1,6 млрд. кгм либо 1,6 млн. тонна-метров в секунду при весе в 340 т.

Само собой очевидно, подобная ракета будет выстроена не сходу.

Прежде направляться совершить экспериментальные полеты самолета с двигателями на финишах крыльев. Будет проверена их работа и уточнена величина диссоциации кислорода на высотах 50–60 км. После этого двигатели могут служить лишь для поддержания большой скорости громадных трансконтинентальных самолетов и громадных неестественных спутников Почвы, а разгоняться самолёты и эти спутники будут вторыми двигателями.

Наконец эти двигатели возможно применять для разгона громадного создания и искусственного спутника Земли на громадной высоте постоянной астрономической и геофизической лаборатории, обслуживаемой людьми. Лишь затем станет вероятным создание ракеты и для полета на другие планеты.

При возвращении в воздух Почвы такая ракета влетает в положении широкой частью, а следовательно, и двигателями вперед. Центральное тело закрывает «горло» канала, взрывы направляются вперед, что оказывает помощь гасить скорость в слое атомарных газов. Помимо этого, ракета в промежутках между взрывами парашютирует.

Большая скорость, которая возможно достигнута посредством двигателей, как показывают расчеты, приближается к 17 км/сек. До Марса при скорости 16 км/сек возможно добраться за три месяца.

Атомарные газы имеется не только в воздухе Почвы, но и в воздухах Марса и Венеры. Это делает вероятным в отдаленном будущем приземлиться и на эти планеты.

Вопрос практической осуществимости ПАРДа предстоит решить науке завтрашнего дня, а мысль его очень заманчива. Так как так возможно использована энергия, которую рождают лучи Солнца высоко над Почвой.

источник: А. ЮРЬЕВ, инженер; Рис. Ю. СЛУЧЕВСКОГО и А. КАТКОВСКОГО «Окно в будущее. ПАРД — сердце планетолетов» «Техника-молодежи» 12/1958

Окно в будущее. пард – сердце планетолетов

Окна в будущее

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: