План
Введение
1. Природное электричество планеты
2. Параметры энергии и методология использования природного электричества
3. Бестопливная орбитальная космонавтика
4. Пути использования возобновляемой энергии геомагнитного поля планеты
5. Иные перспективные комбинации устройств нетрадиционной бестопливной энергетики
6. Использование в орбитальной космонавтике огромной возобновляемой энергии природных околоземных электрических конденсаторов
7. Мощные космические энергетические комплексы
8. Способы использования природного ионосферного электричества
9. Основные сферы применения и достоинства новых космических энергетических систем
Заключение
Литература
космонавтика электричество природный
Введение
Очевидно, что любая человеческая деятельность опирается на использование того или иного вида энергии. В ходе эволюции человечества растет его энергетический потенциал и растет удельная энерговооруженность каждого члена общества. И, по сути дела, именно удельная энерговооруженность является главным критерием прогресса.
Революционные преобразования в общество происходят лишь тогда, когда общество переходит от одного вида энергообеспечения к другому. Именно смена энергетического базиса является ключевым фактором для развития общества.
Современная цивилизация пока не умеет эффективно получать и преобразовывать энергию. Несовершенство технологий и техники приводит к прогрессирующему загрязнению всех сфер окружающей среды и к приближению глобальной экологической катастрофы. Наибольший экологический урон планете наносят энергетика и транспорт, в частности, космонавтика. Топлива на планете ограниченное количества, но его требуется для выработки требуемой энергии все больше. Вследствие низкой эффективности энергетики и транспорта возрастает и объем отравляющих токсичных веществ.
Выход из энергетического и экологического тупика состоит в поиске и создании новой экологически чистой энергетики и качественно новых чистых безотходных технологий получения и преобразования энергии. Лучший учитель для цивилизации - сама Природа, точнее, ее экологическое и энергетическое совершенство. По сути, человечество постоянно учится у Природы, потому что она совершенна. Сначала учились добывать огонь, а вот теперь учимся добывать чистую энергию и электричество. Так будет всегда. И чем более глубоко познается Природа планеты, тем больше возможностей открывается для создания более совершенных экологически чистых источников энергии, в частности, для космонавтики и не только для нее.
1. Природное электричество планеты
Исследования российских ученых помогли раскрыть тайны природного электричества и тайны природных явлений. Теперь стало ясно, что в околопланетном космосе и на самой планете миллионы лет уже четко работают сверхмощные природные электрические генераторы и двигатели. Природное электричество поступает к планете исходно от Солнца через геомагнитные полярные каспы (зоны схождения магнитных силовых линий над магнитными полюсами планеты, примерно с высот 30-40 км над планетой), путем захвата природной плазмы геомагнитными силовыми линиями и далее накапливается в ионосферы планеты и ее радиационных поясах. Благодаря наличию потока солнечного ветра, взаимодействующего с геомагнитосферой планеты, вокруг нее непрерывно работает околопланетный магнитогазодинамический генератор. Причем, это генератор с огромной, трудно постижимой для понимания по человеческим меркам мощности. Этот генератор порождает мощные электрические токи во всех токопроводящих сферах вокруг Земли и внутри нее. Эти токи взаимодействуют с геомагнитным полем и порождают электромеханические усилия вращения самой планеты, и ее подвижных сред. Например, океанические течения, движения расплавленной магмы внутри Земли и прочее. Поэтому наша планета - это не просто огромный электрически заряженный космический шар и огромный магнит, но и супермощный экологически совершенный природный электромеханический преобразователь (мотор-генератор) солнечной энергии. Все процессы, происходящие на планете и вокруг нее - от полярный сияний, до ее вращения, времен года и непрерывного кругооборота всех природных явлений, - это по сути непрерывные и циклические и процессы преобразования солнечной энергии в электромеханические и тепловые виды энергии природных явлений. Впервые я написал об этом механизме нашей планеты еще в 1984 г.
Физические основы, методология и предпосылки создания бестопливной космической энергетики и космонавтики
Техническая реализация нетрадиционных преобразователей такой дармовой электроэнергии околоземного космоса на борту орбитальных аппаратов вполне возможна уже в ближайшие годы, и это не утопия, а вполне близкая реальность. Такие новая космонавтика и новая космическая энергетика впервые были предложены в России. Сущность данного нового научно-технического направления состоит в разработке и исследовании новых способов и устройств использовании возобновляемой энергии околоземного космоса (природной плазмы ионосферы, электрического и магнитного полей планеты) для получения тяги и электроэнергии на борту бестопливных орбитальных космических аппаратов. Основные научно-технические изыскания по этому направлению космонавтики уже сделаны.
2. Параметры энергии и методология использования природного электричества
Конкретные данные о природном электричестве (концентрации и интенсивности природной плазмы, величинах напряженностей электрического и магнитного полей в околоземной магнитосфере планеты, в зависимости ее параметров от времени года, суток и т.д.) можно найти в отечественных и зарубежных справочниках. Не хватало только панорамного видения сущности этого механизма. Теперь это новое понимание процессов функционирования природного электричества возникло. Поэтому пора "запрягать" природную плазму в работу. До сих пор природную околоземную плазму пока не использовали в орбитальной бестопливной космонавтике, а, напротив, предохраняли космические аппараты от нее. Парадокс развития орбитальной космонавтики состоит в том, что до сих пор природная околоземная плазма являлась помехой для орбитальной космонавтики. Наиболее эффективно, на наш взгляд, -именно полезное использование природной околоземной плазмы в качестве рабочего тела в электрореактивных космических движителях. Это особенно перспективно достигается в околоземной ионосфере и в радиационных поясах планеты, например, ближайшие максимумы концентраций электронов на высотах 300-1000 км. Перспективность использования природной околопланетной плазмы в космических двигателях малой тяги и в иных космических электротехнологиях экологически безвредно по следующим причинам:
- запасы энергии природной плазмы и ее концентрация в околоземном пространстве настолько велики, что использование даже одной тысячной доли процента этой мощности покроет энергетические потребности человечества на ближайшее тысячелетие (10 Дж/год), в то время как плазменная оболочка планеты устойчива даже при ее 10% возмущениях, происходящих во время магнитных “бурь”, обусловленных солнечными вспышками);
- природная околоземная плазма непрерывно пополняется заряженными космическими частицами, преимущественно солнечным ветром, захваченными магнитной “ловушкой” Земли, в основном через приполярные каспы - щели, и затем разгоняется до скоростей м/с природными космическими ускорителями.
Рассмотрим более подробно основные устройства бестопливной энергетики будущего, которые могут применяться для полезного использования возобновляемой энергии околоземного космоса.
3. Бестопливная орбитальная космонавтика
Известно, что космонавтика уже совершенно необходима цивилизации, но пока это весьма затратная и экологически опасная отрасль техники. Современная космонавтика из-за низкого ресурса работы околоземных орбитальных спутников и необходимости частых запусков все новых ракетоносителей, наносит огромный урон природе, в частности атмосфере и ионосфере планеты, создает озоновые дыры в верхних слоях атмосферы, провоцирует возникновение ураганов, засоряет околопланетное пространство отработавшими свой срок многочисленными устройства и их обломками. Как повысить техническую и экологическую эффективность орбитальной космонавтики за счет использования возобновляемой энергии природного электричества и магнетизма? По сути - это помещенная в ионосферу планеты и ориентированно по радиусу к Земле, развернутая на орбите простая система, содержащая концентраторы природной плазмы в виде ажурных надувных электропроводящих сфер и электропроводящий трос с электрической нагрузкой, (генераторный режим) или с внешним бортовым источником электроэнергии (солнечной батареей). Сущность и принцип работы такой тросовой энергетической системы основаны на эффектах генерации природного электричества и на законах электротехники - по сути, на законе Ома. Известно, что в околоземном пространстве от солнечной плазмы непрерывно работает ионосферный плазменный магнитогазодинамический генератор, работа которого основана на эффекте Холла силового взаимодействия солнечной плазмы, обтекающей магнитосферу планеты с геомагнитным полем. В результате происходит разделение разноименно заряженных частиц во всех околопланетных сферах, и возникают огромные природные конденсаторы. Именно этот механизм создает естественную огромную разность электрических потенциалов над планетой. Это напряжение огромно и составляет до 300-500 киловольт на высотах 50-100 км относительно поверхности планеты. Электрическая напряженность природного электричества с высотой падает, но еще весьма заметна в ионосфере планеты. Поэтому электропроводящий внутри и электроизолированный снаружи трос, растянутый за орбитальным спутником ориентируют (центрируют) преимущественно по радиусу к планете и выделяют на его концах как раз эту уже существующую разность электрических потенциалов в околоземной ионосферной, например, для получения электроэнергии.
4. Пути использования возобновляемой энергии геомагнитного поля планеты
Как уже доказано, геомагнитное поле планеты (магнитосфера планеты) простирается в космосе на расстояние более 10 радиусов Земли. Плотность энергии на самых оживленных трассах околопланетного космоса вполне достаточна для ее полезного использования и получения электромеханическим способом электромеханической тяги и электроэнергии на борту таких электромагнитных орбитальных бестопливных спутников. Два основных способа и устройства использования огромной энергии магнитосферы планеты в бестопливной орбитальной космонавтике пояснены ниже:
Бортовой соленоид в магнитосфере Земли. Предложен оригинальный способ и устройство бестопливного поддержания и изменения траектории движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) на околополярных околоземных орбитах путем силового взаимодействия бортового электромагнита с геомагнитным полем. В состав устройства входит непосредственно бортовой электромагнит) бестопливный источник электроэнергии, например, бортовая солнечная батарея и переключатель- регулятор электрического тока через обмотки этого электромагнита. Для эффективного управления траекторией движения такого спутника необходима также система ориентации спутника в геомагнитном поле Земли. Суть эффективного силового взаимодействия бортового орбитального электромагнита и магнитных полюсов планеты кроется в неоднородности геомагнитного поля по широте и долготе вокруг планеты. Сущность этого изобретения состоит в создании циклического силового электромагнитного взаимодействия данного ИСЗ с геомагнитным полем Земли путем циклического переключении полярности и изменения величины электрического тока в обмотках бортового электромагнита, запитанного от солнечной бортовой фотобатареи.
Достоинство данного устройства состоит в создании по сути новой бестопливного околополярного движителя космонавтики, в котором для создания импульса тяги орбитального спутника используется возобновляемая энергия Солнца и электромагнитная энергия геомагнитного поля планеты, достаточного для компенсации трения ИСЗ на данной орбите и длительного удержания такого ИСЗ на полярной и близкой к ней орбитах. Устройство может быть также использовано и для бестопливного маневра ИСЗ на полярных орбитах (как вокруг нашей планеты, так и вблизи планет, обладающих собственным магнитным полем), также как разгонный движитель-аппарат для межпланетных аппаратов.
Благодаря использованию возобновляемой электромагнитной энергии геомагнитного поля и солнечной энергии удается поддерживать и даже регулировать в относительно широких пределах траекторию движения такого нетрадиционного орбитального ИСЗ вообще без затрат расходного топлива и без затрат электроэнергии бортовых АБ.
Такой орбитальный бестопливный движитель позволяет реально осуществить циклическое силовое электромагнитное взаимодействие данного бортового магнита или электромагнита (соленоида) с геомагнитным полем планеты. В результате становится возможным создание долгоживущего "вечного полярного спутника Земли" с изменяемой по высоте полярной орбитой. Соленоид может быть запитан электроэнергией разными нетрадиционными способами, например, дармовым электричеством, полученным от солнечной батареи. Благодаря цикличному изменению направления тока в соленоиде можно обеспечить ускорение орбитального спутника на его первоначальной орбите, т.е. осуществить бестопливный маневр в космосе. Это возможно, поскольку бортовой соленоид создает однонаправленное электромагнитное усилие данного соленоида поочередно к каждому из магнитных полюсов планеты. В Зоне полюсов планеты питание электромагнита отключают, а после прохождения их вновь включают через определенный интервал времени или по угловому их перемещению на орбите.
Такое устройство позволит обеспечить сколь угодно долгое сохранение определенной полярной орбиты бестопливного орбитального аппарата вокруг любой планеты, обладающей магнитосферой и магнитным полем. Кроме того, возможным становится увеличение орбитальной скорости и изменение полярной орбиты вплоть до полного отрыва его от притяжения Земли и выхода в открытый космос, например для полета к Марсу. В принципе, такой соленоидальный движитель может быть использован при пилотируемом спуске космического аппарата в зоне магнитных полюсов и магнитных аномалий планеты. В этом случае он будет работать в режиме электромагнитного торможения космического аппарата.
Расчеты, проведенные на математических моделях таких устройств, и лабораторные эксперименты на действующих макетах подтверждают реализуемость и перспективность данного технического предложения практически во всех участках околоземной геомагнитосферы.
Замкнутый кольцевой контур с током в магнитосфере планеты. Устройство достаточно просто и состоит из замкнутого электропроводного контура с электрической нагрузкой. Принцип его работы основан на использовании возобновляемой энергии геомагнитного поля в пределах магнитосферы планеты. Контур размещается подвижно в пределах магнитосферы планеты и укрепляется его на борту бестопливного орбитального движителя. Такое простейшее устройство работает как обратимый электромеханический преобразователь магнитной энергии планеты в электроэнергию или даже тормозную тягу (в зависимости от цели и его назначения). Электрический ток в данном контуре образуется вследствие возникновения электромагнитной индукции, наведенной в нем при пересечении им геомагнитных силовых линий. Этот контур позволяет реализовать и двигательный режим, например, как для бестопливной корректировки положения космического аппарата, так и для получения электроэнергии от взаимодействия данного токового контура с магнитным полем планеты. Созданный электрический ток может быть особенно длительным и большим по величине в случае реализации контура как сверхпроводящего. Такой токовый контур особенно полезно может быть использован для получения электроэнергии в теневой части орбиты бестопливных космических искусственных спутников Земли.