Александр Фролов - Новые космические технологии
Современные нанотехнологии позволяют реализовать концепцию, показанную на рис. 76, с помощью диэлектрических элементов малого размера, 100–200 нм. При таких размерах, кулоновские силы будут эффективно действовать на малых расстояниях при небольших напряжениях.
В примитивных экспериментах, которые были проведены в моей лаборатории, была обнаружена небольшая сила, на уровне 10-5 (N). В 1996–1998 годах я докладывал об данных результатах на конференциях, отправлял документы по данному проекту в ЦНИИ имени Хруничева, но не нашел интереса российских организаций к данной теме. В 1998 году, в Санкт-Петербург приезжали представители авиационного департамента корпорации Тойота, которые были ознакомлены с предлагаемым принципом и экспериментами. Позже, после 2002 года, мою лабораторию ООО «ЛНТФ» в Санкт-Петербурге посещали представители российского военного исследовательского института, но мои примитивные эксперименты с «заряженными шариками» не убедили их в перспективности предлагаемого метода. Буду рад развитию данной темы с заинтересованным заказчиком, имеющим собственную научно-техническую базу.
Наиболее интересен тот факт, что подъемная (движущая) сила сохраняется при выключенном источнике питания, постепенно спадая, по мере саморазряда конденсатора. Минимизируя токи утечки через диэлектрик, а также, снижая рабочее напряжение за счет миниатюризации элементов конструкции, мы можем устранить эффекты ионизации и потерь заряда. Сохранение разности потенциалов обеспечивает наличие движущей силы. Электреты, как особый тип диэлектрика, могут использоваться в таких конструкциях. Это позволит получать активную силу без затрат мощности от первичного источника, пока электреты сохраняют свой заряд. Современные электреты могут сохранять заряд годами. Перспективы интересные!
В Природе, встречается сочетание статического электричества и удивительных аэродинамических качеств, например, у бабочек, пчел, шмелей и т. п. Кстати, материал, из которого сделана их конструкция, не имеет металлических элементов, а является диэлектриком, и обладает электретными свойствами. Электрический заряд на поверхности «живого диэлектрика», в данном случае, обусловлен трением движущихся частей, и движением воздуха.
Вернемся к идеям Брауна. Задача создания движущей силы решается им не только за счет геометрической асимметрии элементов конструкции. Сила, как писал Браун, действует «в сторону большей интенсивности силовых линий электрического поля». Именно этот эффект показан на рис. 69.
В патенте Брауна № 3187206, есть упоминание о том, что движущую силу можно получить за счет асимметрии электродов, а также, «за счет прогрессивно изменяющийся диэлектрической проницаемости материала, находящегося между электродами». Браун также отметил возможность использования градиента электрической проводимости и полупроводниковых материалов, но эти методы создания движущей силы более энергозатратные, чем «градиентная электростатика».
Метод, основанный на градиенте свойств диэлектрика, представляется мне более технологичным и перспективным, чем геометрическая асимметрия, показанная на рис. 72 – рис. 76. Рассмотрим данный вопрос подробнее.
В курсе теории диэлектриков, есть интересное замечание о силе, действующей на частицы вещества, находящихся на границе раздела двух диэлектриков, имеющих различную диэлектрическую проницаемость, рис. 77. Различные свойства диэлектрической среды задают разное по величине электрическое поле E1 и E2, в области между двумя пластинами конденсатора.
Рис. 77. Граница раздела двух сред с разной диэлектрической проницаемостьюЭта сила F действует в сторону максимальной напряженности электрического поля E1, и «направлена по нормали к поверхности раздела диэлектриков», как пишет Б.М. Тареев в учебнике по диэлектрикам [34].
Учитывая это важное замечание по поводу нормального направления вектора силы, можно конструировать силовые установки активного (нереактивного) типа, в которых создается ненулевой суммарный вектор действующих электрических сил.
Напряженность электрического поля, как известно, есть градиент электрического потенциала, убывающего с увеличением расстояния от поверхности заряженного тела. Естественный градиент электрического потенциала, в частности, создаваемый вокруг заряженного шарика, показан на рис. 78. Частица бумаги, например, притягивается в поверхности заряженного шарика, именно благодаря этому градиенту электрического потенциала: она движется в сторону большей интенсивности силовых линий.
Рис. 78. Притяжение частицы к заряженному шарику в естественном электрическом полеСоздавая искусственный градиент потенциала, за счет свойств среды, окружающей заряженное тело, представляется возможным получить интересные эффекты.
На рис. 79 показан вариант предлагаемой конструкции, в которой выпуклая поверхность высоковольтного электрода покрыта градиентным диэлектриком, в котором послойно или плавно меняется величина диэлектрической проницаемости, при удалении от поверхности электрода. Наружный слой диэлектрика, для наших целей, должен иметь минимальное значение диэлектрической проницаемости, а внутренний слой – максимальное значение. В таком случае, около электрода величина потенциала будет минимальная, а при удалении от поверхности электрода, значение потенциала будет не уменьшаться, а увеличиваться. Это создает эффект «обратного электрического поля».
Рис. 79. Элемент активного движителя с градиентным диэлектрикомНапомню, что чем меньше диэлектрическая проницаемость среды, тем сильнее в данной области пространства напряженность электрического поля. При определенных условиях, на частицу, находящуюся в области градиентного диэлектрика, действует сила, направленная в сторону диэлектрика с меньшей величиной диэлектрической проницаемости. В обычном электрическом поле, как мы рассмотрели на рис. 78, частицы притягиваются к электроду, стремясь перейти в область максимальной напряженности поля. В «обратном электрическом поле», рис. 79, частицы вещества диэлектрика будут стремиться прочь от электрода, так как искусственно созданный градиент электрического потенциала заставляет их смещаться в сторону большей интенсивности силовых линий.
Уменьшение величины диэлектрической проницаемости, которое может быть создано плавно или слоями, в толще диэлектрика, с увеличением расстояния от поверхности электрода. Особые условия состоят в том, что мы должны не только уменьшить или компенсировать естественное уменьшение величины электрического потенциала, а добиться того, чтобы с расстоянием от заряженной поверхности изменение напряженности поля происходил быстрее, чем происходит естественное уменьшение потенциала, при удалении от электрода. Как писал Томас Браун, необходимо создать «прогрессивно изменяющуюся» диэлектрическую проницаем, ость.
Как известно, закон Кулона имеет квадратичную функцию. Следовательно, функция изменений потенциала с расстоянием от электрода, которую мы задаем с помощью конструктивного изменения диэлектрической проницаемости вещества диэлектрика, должна иметь крутизну более, чем квадратичная функция. В таком случае, для частиц диэлектрика, находящихся в толще диэлектрика, направление увеличения электрического потенциала будет обращено в сторону от заряженной поверхности. При такой ситуации, на них будет действовать сила, направленная в сторону максимальной величины потенциала, то есть, наружу от электрода.
Технологическая задача создания многослойного диэлектрика, или материала с прогрессивным градиентом диэлектрической проницаемости, достаточно сложная, но перспективная. Применение данной технологии в энергетике и оборонной промышленности имеет большие перспективы. Такие материалы, по моим расчетам, могут обеспечить активные действующие силы величиной около 100 тонн на квадратный метр поверхности специального конденсатора, при напряженности электрического поля около 10 киловольт. Такие мощные силовые эффекты, без учета побочной ионизации воздуха, должны объясняться некоторой работоспособной теорией.
Коротко по теории процесса. Существует несколько теоретических подходов, и все они опираются на предположение о наличии среды в вакууме, которая, при воздействии на нее, может приобретать некоторую структуру, поскольку она имеет определенные физические свойства, в том числе, плотность энергии.
Закон Кулона в квантовой электродинамике описывается, как обмен энергией виртуальных фотонов, происходящий между заряженными частицами. Аналогичные идеи рассматривает Берден [28]. На рис. 80 показана схема взаимодействия двух электрически заряженных тел, с точки зрения эфиродинамики.
