Лайткрафт
— Световой корабль это космический или воздушный аппарат, приводимый в движение лучевой тягой , причем источник энергии, питающий корабль, находится снаружи. Он был концептуализирован профессором аэрокосмической техники Лейком Мирабо из Политехнического института Ренсселера в 1976 году. [1] который развил концепцию дальше с помощью рабочих прототипов, [2] финансировалась в 1980-х годах организацией «Стратегическая оборонная инициатива» , а десять лет спустя — Отделом перспективных концепций ВВС США AFRL , и MFSC НАСА Лоуренса Ливерморской национальной лабораторией имени . [3] [4] [5]
Когда легкий корабль находится в атмосфере, в качестве топлива (реакционной массы) используется воздух. В космосе топливо необходимо будет поставлять из бортовых баков или из абляционного твердого тела. Оставив источник энергии корабля на земле и используя окружающую атмосферу в качестве реактивной массы на протяжении большей части своего подъема, Lightcraft потенциально может быть способен доставлять очень большой процент своей стартовой массы на орбиту в качестве SSTO , что является сложной задачей для химические ракеты . Таким образом, световой корабль отличается от солнечного паруса зависит от расширения реактивной массы , поскольку его ускорение , а не от одного лишь давления света . В атмосфере движение Lightcraft зависит только от мощности внешнего лазера, поэтому движущая сила не ограничивается мощностью, генерируемой обычным бортовым оборудованием (например, ракетами ). [6]
Типы
[ редактировать ]Лазерная тяга
[ редактировать ]
В первых мелкомасштабных моделях использовалась лазерная тяга , которая все еще находится на ранних стадиях разработки. Прототипы легких кораблей изготовлены из цельного алюминия, обработанного осесимметрично . Нос имеет форму затупленного конуса для аэродинамических целей. Обод имеет кольцевой воздухозаборник . Кормовая часть представляет собой воронку, отполированную как вогнутое зеркало , с заостренным хвостом посередине, выходящим назад из корпуса и действующим как параболический отражатель .
Наземный лазер направляет мощный импульс на корму зеркала. Луч отражается и фокусируется, нагревая воздух до чрезвычайно высокой температуры (до 30 000 градусов), превращая его в плазму, которая сильно расширяется, толкая корабль вперед. Воздух обновляется через впускное отверстие, и цикл повторяется с высокой частотой, действуя как внешний импульсно-детонационный двигатель, создающий тягу. [7]
В апреле 1997 года испытания, проведенные Лейком Мирабо в сотрудничестве с армией США на ракетном полигоне Уайт-Сэндс, продемонстрировали принципиальную возможность приведения объектов в движение таким способом с использованием наземного импульсного лазера на углекислом газе мощностью 10 кВт (1 кДж на импульс, 30 мкс). импульс с частотой 10 Гц). В ходе испытания удалось достичь высоты более ста футов, что можно сравнить с первым испытательным полетом Роберта Годдарда своей конструкции ракеты. [2]
В октябре 2000 года был установлен новый рекорд полета: полет длился 10,5 секунды и достигал высоты 71 метр (233 фута) с использованием того же лазера, но на этот раз с использованием встроенного пластикового абляционного топлива и вращения тела вокруг своей оси на высокой скорости. скорость (более 10 000 об/мин ) для стабилизации корабля с помощью гироскопического эффекта . [8] [9] [6]
Микроволновая и МГД двигательная установка
[ редактировать ]Более продвинутые концепции Lightcraft заменяют лазерные импульсы микроволновым лучом или мазером , который все еще может быть наземным или, альтернативно, выведен на орбиту , при этом лучи излучаются над поднимающимся кораблем серией космических спутников на солнечной энергии , которые было бы легче отслеживать Лайткрафт по его изогнутой баллистической траектории .
Микроволновой луч взрывает воздух под кораблем точно так же, как и лазерная версия, но некоторая энергия луча также отклоняется и преобразуется на борту мощными ректеннами в электричество для питания МГД-привода с воздушным дыханием с внешним потоком, который Майрабо называет МГД-спутником. ускоритель . [10] [11] [12] [13]
Поскольку МГД-ускоритель работает только с электропроводящей средой, некоторые из поступающих микроволн также отклоняются внутри корабля через ряд прозрачных окон и зеркальных секций, а затем повторно излучаются в воздух возле электродов МГД -ускорителей, расположенных вокруг МГД-ускорителя. обод. Воздух в этих местах ионизируется, что позволяет МГД-взаимодействию сил Лоренца активно управлять потоком воздуха вокруг дискоидальной формы, которая в противном случае (то есть пассивно) имеет очень плохие аэродинамические свойства из-за своей наибольшей поверхности, плоской пластины, перпендикулярной потоку. [14]
Наконец, лазер или какая-то часть микроволн также фокусируются как плазменный факел на некотором расстоянии над световым кораблем, создавая аэрошпик , который отделяет и смягчает головную ударную волну впереди корабля, когда она развивается на сверхзвуковых скоростях , снижая теплопередачу к стены. Расстояние и интенсивность аэроспайка настраиваются в соответствии с атмосферным давлением , температурными градиентами и скоростью воздушного потока, чтобы активно формировать ударную волну, чтобы пограничный слой мог оптимально контролироваться радиальными МГД-ускорителями скользящего потока. [15] [16] [17]
Таким образом, концепция Lightcraft сочетает в себе магнитогидродинамическое активное управление потоком и механизмы движения с лучевым приводом для обеспечения гиперзвукового полета , решая классическую проблему воздушного МГД-движения (т.е. отсутствия источника энергии света, обеспечивающего достаточно энергии для питания таких систем) путем аутсорсинга источника энергии. Использование микроволн вместо лазера позволяет выполнить четыре комбинированных действия: движущую детонацию, смягчение ударной волны, контроль ионизации и электрическое питание МГД-приводов. [18]
Статус
[ редактировать ]В 2008 году Управление научной и технической информации Министерства энергетики США опубликовало на официальном сайте статью, в которой ее автор Уильям Ларсон [19] рассказывает об успешно завершенных исследованиях в этой области. [20]
После ухода Лейка Мирабо из Политехнического института Ренсселера в 2011 году домашняя страница его частной компании Lightcraft Technologies, Inc. (LTI) исчезла с временным уведомлением, объясняющим, что «обновление сайта» продолжается. Старый логотип LTI и мелкомасштабная модель прототипа лазерного Lightcraft 1990-х годов были заменены по этому случаю новым логотипом и изображением художника, показывающим полномасштабный двояковыпуклый Lightcraft с микроволновым питанием и активными периферийными МГД-ускорителями скользящего потока на орбите выше. Земля. [21] Это изображение плазменного двигателя показано на обложке книги Майрабо о Световом корабле. [18]
Это предвещало новые разработки, но в конечном итоге сайт полностью отключился и с тех пор больше не появлялся. Однако в то время испытания лазерного аэроспайка и ФДЭ продолжались в гиперзвуковой аэродинамической трубе Лаборатории гиперзвука и аэротермодинамики Департамента аэрокосмической науки и технологий ВВС Бразилии в Сан-Жозе-дус-Кампус . [22]
См. также
[ редактировать ]
- Лучевая двигательная установка
- Магнитогидродинамический привод
- Лифт:2010 г.
- Неракетный космический запуск
- Список лазерных статей
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мирабо, Л.Н. (1976). «МГД-движение за счет поглощения лазерного излучения» (PDF) . Журнал космических кораблей и ракет . 13 (8): 466–472. Бибкод : 1976JSpRo..13..466M . дои : 10.2514/3.27919 .
- ^ Jump up to: а б Мирабо, Лейк Н.; Месситт, Дональд Г.; Мид-младший, Франклин Б. (январь 1998 г.). «36-е собрание и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам». АИАА-98-1001 . 36-я встреча и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам. Рено, Невада. дои : 10.2514/6.1998-1001 .
- ^ Папа, Грегори Т. (сентябрь 1995 г.). «Полет на микроволнах» (PDF) . Популярная механика . стр. 44–45.
- ^ Демерджян, Аве (20 февраля 2009 г.). «Самолеты с лазерными двигателями — это будущее полетов. Возможно» . Проводной . Проверено 5 апреля 2018 г.
- ^ Сюй, Джереми (29 июля 2009 г.). «Лазерный световой корабль «на пороге коммерческой реальности» » . Популярная наука . Проверено 5 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б NewSpace 2010 – «Приближение к варп-скорости: усовершенствованная космическая двигательная установка» на YouTube (презентация Lightcraft, время 10:00–32:00).
- ^ Гилстер, Пол (14 сентября 2009 г.). «Световой корабль: лазерный выход на орбиту» . Центаврианские мечты . Проверено 5 апреля 2018 г.
- ^ Мирабо, Лейк Н. (июль 2001 г.). «Мировые рекордные полеты легких ракетных летательных аппаратов с лучевой тягой - Демонстрация «революционной» двигательной технологии» (PDF) . АИАА 2001-3798 . 37-я совместная конференция и выставка по двигательной технике. Солт-Лейк-Сити, Юта. дои : 10.2514/6.2001-3798 .
- ^ Леонард Дэвид (2 ноября 2000 г.). «Ракета с лазерным двигателем устанавливает рекорд высоты» . space.com . Архивировано из оригинала 13 апреля 2001 года . Проверено 5 апреля 2018 г.
- ^ Мирабо, Луизиана; Керл, Дж. М.; и др. (июнь 1999 г.). «35-я совместная конференция и выставка по двигательной технике». АИАА-1999-2842 . 35-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике. Лос-Анджелес, Калифорния. дои : 10.2514/6.1999-2842 .
- ^ Мирабо, Луизиана; и др. (январь 2000 г.). «38-е собрание и выставка по аэрокосмическим наукам». АИАА-00-0446 . 38-е совещание и выставка по аэрокосмическим наукам. Рено, Невада. дои : 10.2514/6.2000-446 .
- ^ Мирабо, Луизиана; и др. (июль 2000 г.). «36-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике». АИАА-00-3486 . 36-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам. Хантсвилл, Алабама. дои : 10.2514/6.2000-3486 .
- ^ Мирабо, Луизиана; и др. (июль 2001 г.). «Экспериментальное исследование двумерного МГД-ускорителя скольжения: отчет о ходе работы» (PDF) . АИАА-01-3799 . 35-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике. Солт-Лейк-Сити, Юта. дои : 10.2514/6.2001-3799 .
- ^ Торо, PGP; Русак З.; Нагамацу, ХТ; Мирабо, Л.Н. (январь 1998 г.). «36-е собрание и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам». АИАА-98-0683 . 36-я встреча и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам. Рено, Невада. дои : 10.2514/6.1998-683 .
- ^ Торо, П.; Мирабо, Л.; Нагамацу, Х. (январь 1998 г.). «Исследование давления в гиперзвуковом воздухозаборнике «Воздушный шип направленной энергии» на скорости 10 Маха с мощностью дуги до 70 кВт» (PDF) . 36-я встреча и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам . 36-я встреча и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам. Рено, Невада. дои : 10.2514/6.1998-991 .
- ^ Бракен, РМ; Мирабо, Луизиана; Нагамацу, ХТ; Мелони, Эд; Шнайдер, Миннесота (июль 2001 г.). «37-я совместная конференция и выставка по двигательной технике». АИАА 01-3797 . 35-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике. Солт-Лейк-Сити, Юта. дои : 10.2514/6.2001-3797 .
- ^ Минуччи, MAS; Торо, PGP; Оливейра, AC; Рамос, АГ; Чейнс, Дж.Б.; Перейра, Алабама; Нагамацу, HMT; Мирабо, Л.Н. (январь 2005 г.). «Воздушный шип» направленной энергии с лазерной поддержкой в гиперзвуковом потоке» (PDF) . Журнал космических кораблей и ракет . 42 (1): 51–57. Бибкод : 2005JSpRo..42...51M . дои : 10.2514/1.2676 .
- ^ Jump up to: а б Мирабо, Лейк Н.; Льюис, Джон С. (май 2009 г.). Справочник по полетам Lightcraft LTI-20: Гиперзвуковой летательный аппарат в эпоху за пределами нефти . Издательство «Справочник коллекционера». ISBN 978-1926592039 .
- ^ Ларсон, К. Уильям (28 апреля 2008 г.). «Перспектива исследований лазерных двигателей в научно-исследовательской лаборатории ВВС за одно десятилетие» . Материалы конференции AIP . 997 (1): 84–96. Бибкод : 2008AIPC..997...84L . дои : 10.1063/1.2931934 . ISSN 0094-243X . ОСТИ 21137140 .
- ^ Кучина, Марина (10 августа 2021 г.). «Кто возглавит нейрореволюцию? Денис Банченко о космосе и психокинетике» . samara.aif.ru (на русском языке) . Проверено 16 октября 2021 г.
- ^ «Сайт ЛТИ» . Lightcraft Technologies, Inc. Архивировано из оригинала 9 марта 2012 г. Проверено 27 февраля 2020 г.
- ^ Гилстер, Пол (15 сентября 2009 г.). «Эксперименты по световым кораблям продолжаются» . Центаврианские мечты .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ракетные корабли Laser Propelled LightCraft на YouTube (презентация концепции Lightcraft)
- Космический корабль «Летающая тарелка» с лазерной накачкой на YouTube (принципы работы световых кораблей с лазерной и микроволновой энергией)
- Запуск LightCraft, октябрь 2000 г. - двигательная установка с лазерным лучом на YouTube (видео первого прототипа)