Движение хаотичное и направленный поток.
«Активный парус».
«В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр из прессованного пороха, имеющий по оси пустоту в виде канала. Горение пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени до наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении газы производят давление во все стороны; но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед». Кибальчич
Современные ракеты для выхода на орбиту должны иметь скорость 9,8 км/сек т.е масса топлива с окислителем, составляющая несколько сотен тонн сгорает за сотню секунд. Тепловая мощность двигателя современной ракеты составляет 27 000 МВт, фактически это мощность нескольких атомных ледоколов. Полтысячи тонн массы необходимо за сотню секунд ускорить до первой космической скорости. МКС движется по орбите с космической скоростью и ракета с космонавтами должна ее догнать.
Может для выхода в космическое пространство нет надобности в такой мощности? Воздушный шар плавно поднимается в верхние слои атмосферы, сила тяготения с удалением от поверхности ослабевает, т.е. чем выше, тем меньшая сила тяги необходима для космического полета. Есть ли необходимость в орбитальной траектории при полете к Луне или другим планетам? Тяга современного ракетного двигателя составляет порядка 800 тонн, при тяге на порядок меньше, создается необходимое ускорение для достижения больших космических скоростей с возможностью погашения скорости в конце космического путешествия.
Рассмотрим движение летательного аппарата в пространстве. Для начала движения летательный аппарат (ЛА) должен взаимодействовать с частицами окружающей среды. Можно рассмотреть два типа взаимодействия. В одном случае ЛА должен механически отталкиваться от частиц среды. Воздушный винт или крыло должны совершать определенное движение , при котором ЛА получает механический импульс для перемещения в пространстве, при этом частицы среды отбрасываются в противоположном направлении. В другом случае используется направленный поток частиц среды – в парусном судне для перемещения используется парус, который взаимодействует с воздушным потоком. Ясно как движутся самолет и вертолет. Кстати вертолетный винт толкает аппарат в одном направлении, самолет фактически движется в двух направлениях – воздушный винт толкает аппарат вперед, крыло аппарата, установленное определенным образом, в свою очередь, на скорости взаимодействует с со средой и толкает аппарат вверх. Есть другой тип летательного аппарата – ракета. Для движения ракеты нет необходимости в окружающей среде. Быстрые частицы, необходимые для толкания аппарата, создаются в его камере, при сгорании топлива. Рассмотрим этот процесс подробнее. При сгорании топлива, образуется горячий газ с хаотичным движением его частиц. Эти частицы имеют в движении шесть степеней свободы. Шестая доля частиц имеет направление движения, совпадающее с направлением движения аппарата, другая доля, имеющая противоположное направление движения, можно сказать, уходит без взаимодействия со стенками аппарата и основная доля частиц взаимодействует с корпусом аппарата, прочность , корпуса должна противостоять этому воздействию, не оказывая влияния на движение ЛА. Все это рассмотрено очень приближенно. В сопловом устройстве корпуса ЛА происходит преобразование хаотичного движения частиц в направленный поток, при этом КПД взаимодействия горячих газов и корпуса увеличивается. Но при этом не все частицы сгоревшего топлива передают свою кинетическую энергия для движения, не малая часть той энергии поглощается корпусом. Выброшенные в окружающее пространство горячие газы имеют определенную форму направленного потока, Вектор движения у них у всех один и общая кинетическая энергия равна сумме скаляров. При возможности использования этого потока для движения ЛА, КПД преобразования кинетической энергии частиц потока в механическое движение ЛА был бы значительно выше, чем при использовании хаотичного движения частиц. Этот эффект используется в ЛА типа «Активный парус», в котором частицы газа (пара), сформированные в направленный поток в сопловом устройстве, взаимодействуют с поверхностью крыла (паруса). При взаимодействии пар при дроссельном расширении конденсируется и используется вторично. На приведенном рисунке показан принцип действия предлагаемого аппарата. Вместо, показанного на рисунке атомного реактора может использоваться другой источник энергии. Другое важное преимущество аппарата «Активный парус» состоит в том, что при использовании ЯСУ (ядерной силовой установки), для работы движителя нет необходимости в преобразовании энергии, т.е. в электрическую или иную другую. Рабочим телом двигательной установки является охлаждающий компонент первого контура охлаждения реактора. Кинетическая энергия нагретого пара преобразуется в механическую энергию движения аппарата. Нет необходимости дополнительного охлаждения реактора, при дросселировании и расширении пара после соплового устройства, происходит охлаждение и конденсация пара до состояния жидкости, которая поступает в дренажную систему. При необходимости можно применить насосные турбоагрегаты в качестве циркуляционных насосов Аппарат имеет дисковидную форму корпуса, парус (крыло) - зонтик, диаметр его, в зависимости от мощности энергетической установки, равен размаху крыла транспортного самолета. Есть описание и эскизы основных узлов аппарата, форма и вид поверхности крыла, вид и устройство дренажа, обширный выбор рабочего тела, от водяного пара до жидких металлов, можно выбрать в соответствии с описанием устройства тепловых труб из литературы нескольких авторов. Тепловая труба является аналогом аппарата. Ядерная силовая установка применялась в авиации в 80-е годы, можно взять аналогичную. Расходы на создание опытного образца минимальны, поскольку подобные технологии отработаны в нашей стране, срок создания не более года. Простейшим видом космического аппарата способного перемещаться в космическом пространстве может быть реконструированная винтокрылая машина. Испытана настольная модель винтокрыльной машины . «Человечество это уникальный вид биологической жизни, потенциальный носитель высшего уровня Разума в масштабах Вселенной и крайне не желательно что бы он «канул в лету».
Куватов В.Г. 11.03.1921г.
P.S. Классы космических аппаратов можно разделить на классы: 1.Отличающиеся большой тягой – могут стартовать с поверхности планеты и ускоряться для выхода в орбитальный полет. Это как правило использование средства пролонгированного взрыва, современные ракеты. Но они не приспособлены к межпланетным перелетам. Потеря массы при перемещении в космосе не восполняется. 2.Следующий класс космических аппаратов , это те которые обладают средней тягой и могут стартовать с поверхности планеты, преодолевая силу тяготения, но не могут выйти в орбитальный полет. Такие устройства уходят в космическое пространство, ускоряются и постепенно набирают необходимую скорость. Это космические аппараты пригодные для межпланетных перелетов. 3.Следующий класс это аппараты с малой тягой, которые не способны стартовать с поверхностью планеты. Такие аппараты не пригодны к полетам в космическом пространстве с экипажем на борту, поскольку нет гарантии возврата.
Критерием высокого класса космического корабля может считаться надежная гарантия возврата экипажа из дальнего космоса. Это возможно при полете в группе космических аппаратов.