Ученый рассказал о планах достичь первой космической скорости на российских ускорителях

схема рельсотрона

В беседе с Информационным агентством «ТелецентрЪ» директор Шатурского филиала Института высоких температур Российской академии наук Алексей Шурупов рассказал о принципе работы электромагнитного рельсотрона.

— Все мы ежедневно используем в быту электроприборы, которые включаем в розетку. Там, как правило, используется электрическая энергия небольших уровней токов, единицы и десятки ампер. В тоже время электромагнитные силы, которые могут возникать за счет электрической энергии, могут достигать высоких значений. И свойство создавать большую силу большими токами используется в электромагнитных ускорителях.

Их принцип достаточно прост. Вы берете два электрода, к ним подаете ток от какого-то источника. Ставите перемычку между электродами. Под действием магнитной силы, которая возникает в это витке с током, перемычка начинает двигаться вперед. И чем больше у вас ток, тем быстрее она движется. Чтобы достичь скоростей порядка километра в секунду и больше, вы должны обеспечить довольно большой ток. Это сотни тысяч ампер и даже миллионы ампер.

Перемычка может быть двух типов. Может быть просто плазменный разряд. И это так называемый рельсотрон с плазменным рабочим телом. А можно поставить твердую перемычку из проводникового материала – меди или алюминия. Она также будет ускоряться под действием сил, которые возникают в этом витке с током вперед.

— Если туда поместить некий снаряд, пулю, какой ток нужно подать, чтобы разогнать эту пульку до скорости 4 километра в секунду?

— Чтобы разогнать пульку массой несколько грамм до скорости 4 километра в секунду, вы должны подать ток хотя бы до 500 тысяч ампер. И тогда на базе длиной один метр вы достигнете скорости 3-4 километра в секунду, может быть, больше. Типичная скорость, которая реализуется в лабораторных условиях, на базе порядка 1 метра достигает значения 5-6 километров в секунду для массы 1 грамм. В нашей лаборатории реализована скорость 25 километров в секунду для массы 2,5-3 грамма.

Если вы хотите разогнать снаряд большей массы, до килограмма, соответственно, вы должны ток дать больше, уже миллион ампер. И время воздействия потребуется существенно больше. Сотни секунд, тысячи или миллисекундный диапазон. И база ускорения побольше, до 5-6 метров. 

С плазменным рабочим телом скорости достигнуты рекордные – до 6,3-6,5 километров в секунду, но электроды, как правило, одноразовые. Когда в качестве рабочего элемента используют медный или алюминиевый проводник, возникает другая проблема: когда скорость становится высокой, 1,5-2километра в секунду, теряется металлический контакт. Это второе ограничение.

Есть еще в самом канале механизм ограничения. Когда бежит по нему ток и толкает перед собой пулю, по проводнику идет волна сжатия, которая на начальной фазе может обгонять пулю. А потом пуля ее достигнет, и надо эту проблему решать.

На пулю действует не магнитное поле, не магнитная энергия. Она ускоряет плазму, а уже плазма толкает пулю. В этой ситуации для плазмы наступает ограничение, связанное с тем, что в канале постоянного сечения вы не можете преодолеть скорость звука. И тогда у вас предельная скорость ускорения определяет скорость звука в этом рабочем теле.

— Что в этих опытах наиболее часто разрушается?

— Перемычка металлическая, по ней протекает ток около миллиона ампер. Возникают микродуги, которые в конечном итоге переходят в плазменный разряд. Если никаких мер не принимать, уже на скорости километр в секунду эти процессы протекают очень активно.

Лучший результат, который мы достигли с сохранением металлического контакта, на уровне 1,5-1,7 километров в секунду. Дальше всё равно всё переходит в плазменный контакт.

— Проще говоря, на таких скоростях начинает разрушаться металлический контакт?

— Да, металлический контакт начинает разрушаться, переходит в плазменный контакт. Несмотря на то, что с плазменным рабочим телом достигнуты большие скорости, но они достигнуты только из-за того, что нет этого ограничения, связанного с эрозией электрического контакта. Но эффективность ускорителей с металлическим рабочим телом выше, кратно выше. И поэтому все исследователи стремятся сохранить металлический контакт. Металлическую оболочку ускоряемую, которая дает пульке максимальное ускорение. Наши исследования показывают, что в принципе до 4 километров в секунду это реализовать можно.

— Какой-то должен быть другой материал? Другой состав?

— Нужно в рабочей зоне контакт не чисто металлический сделать, а комбинированный. Допустим, добавить углерода в какой-то части. Изменить условие распределение тока в этом металлическом контакте.

— Реально дойти хотя бы до первой космической скорости?

— Если сохранить контакт металлический, сохранить рабочее тело металлическим, то физических ограничений нет. Ни скорость звука, ничего не ограничивает.

— Но пока это не удается. Что мешает?

— Мешает физика, которая связывает распространение электромагнитного поля в металлах. А здесь везде металл. Вот надо эту физику маленько обойти, и научиться преодолевать ограничение, связанное с физикой распространения тока.

Когда движется проводник, в нем же впереди нет тока. Ток всегда тонким слоем бежит. И в рабочей перемычке тоже идет. Надо сделать его глубоким, чтобы ток не только по внешней поверхности шел, но и по объему в целом. Вот проблема, которую мы пытаемся решить в настоящие время.

— Она решаема?

— Первые эксперименты показывают, что 4 километра в секунду скорость с твердой пулей получается.

Источник https://tele-center.ru/news/uchenyy-rasskazal-o-planakh-dostich-pervoy-kosmicheskoy-skorosti-na-rossiyskikh-uskoritelyakh