Статья Дмитрия Мотовилова «Сердце Звездолета» http://ufo.otche.ru/pub-motovilov.htm, впервые опубликованная в № 3 журнала «Техника Молодежи» за 1982 год, все еще достаточно популярна http://www.ufo.otche.ru/proj.htm . Ее автора — инженера из Пензы иногда представляют в СМИ, как Эдисона и почти Эйнштейна нашего времени.
Избранные фрагменты этой статьи, в которых отражена суть идеи:
»Представим два параллельных проводника А и Б, расстояние между ними равно R. Они обесточены, и сила их электродинамического взаимодействия равна нулю. Теперь пропустим через проводник А импульс тока I определенной длительности t = 2R / с . Возникнет электромагнитное поле с магнитной индукцией В2, которое «подойдет» к Б через время t / 2. Теперь, в этот момент, пропустим через Б ток той же длительности. Взаимодействуя с полем В2, он вызовет появление силы Ампера F, приложенной к проводнику Б, который получит импульс силы, толчок вперед. Первый же проводник останется в покое: ведь к моменту прихода поля проводника Б в область проводника А последний будет уже обесточен. …
Так вот, почему бы нам не разместить подобные проводники в звездолете? … Действительно, сложное математическое исследование энергии и массы его полей показало, что в результате их наложения во времени и пространстве энергия и масса суммарного поля фокусируются в направлении, противоположном силе тяги. … звездолет со скоростью света исторгает в космос материю в форме полей, обладающих энергией и массой.
… Основные параметры «полевого» двигателя связаны простой формулой, выражающей физический смысл его силы тяги — реакции излучаемого через пространственно-временную линзу поля массой М: M = — F t / c , где F — неуравновешенная сила Ампера, рассчитанная по известным электродинамическим формулам, t — время работы двигателя. Расчеты показывают, что в частном случае один мегаватт энергии, израсходованной нашим двигателем, порождает силу тяги в несколько килограммов… а это позволяет построить теорию космического корабля, обладающего в несколько раз большим запасом хода, чем идеальный фотонный звездолет. Вообще фотонолетам будет трудно соперничать с кораблем, оснащенным «полевым» двигателем.
… А теперь попробуем представить себе конструкцию космического исполина с «полевым» двигателем, способным перенести его в планетную систему соседней звезды. В основании звездолета цилиндрические энергоустановки, соединенные мощными фермами с токопроводящими шинами-проводниками. Они несут полетный вес звездолета, обеспечивают минимум взаимного влияния и регулируют положение корабля в пространстве. Длина проводников — 7,5 м. Полутора метрами ниже расположены разрядники, возбуждающие с частотой 100 МГц 800-килоамперные импульсные токи в плазменных шнурах ... На высоте 500 м от «основания» на высоких колоннах-путепроводах с лифтами расположена обитаемая кабина с замкнутой системой жизнеобеспечения. … Между кабиной и энергоустановками по всей высоте 500-метровых колонн установлены экраны — для ослабления потока излучения от двигателя к обитаемому модулю.
… Теперь о технических характеристиках звездолета. Его энергостанции — настоящие колоссы, способные вырабатывать энергию, мощность которой сравнима с суммарной мощностью энергостанций на Земле. При стартовой массе 6000 т звездолет, отправляющийся к ближайшей звезде α Центавра, должен развить крейсерскую мощность 3·108 млн. Вт, … расход топлива за время полета составит 2 тыс. т. Половину пути корабль будет разгоняться, а вторую половину — тормозить с ускорением 0.1 g ..
… Путь в оба конца займет «всего» 20 лет. Космонавты сумеют побывать на планетах соседней звезды и вернуться на Землю. Агрегаты для формирования импульсов тока разместятся в нижней части модулей. Посредине расположатся ядерная топка и электрический генератор, а вверху — запас ядерного горючего (антивещества) …«
Мне очень понравилась эта статья, когда я впервые прочитал ее пару лет назад. В ней чувствуется мощь гудящей высоковольтной опоры, устремившейся в космос )) Кроме шуток, «Сердце звездолета» производит именно такое впечатление, да и картинка в старом журнале просто великолепна! Статья мне и сейчас искренне нравится.
Однако, при внимательном анализе становится ясно, что перед нами абсолютно нерабочая идея. Начнем с примера о параллельных проводниках, в котором ясно видна исходная ошибка. Для того, чтобы к моменту прихода импульса поля от Б выключить ток в проводнике A, необходимо обнулить электрическое поле внутри A, которое создавало ток. Поскольку любое изменение поля распространяется со скоростью с, электрическое поле внутри A невозможно отключить быстрей, чем потребуется свету для прохождения всей длины проводника A. Отсюда следует, что расстояние между проводниками A и Б должно быть не меньше их длины.
А это уже — совсем другая физика! В самом деле, каждый проводник является частью замкнутой цепи тока, образующей контур. Дополнительная к проводнику часть контура не может находиться близко от него. Иначе на нее будет действовать близкая по модулю, но противонаправленная сила Ампера, что обнулит силу тяги. А если контур проводника (А или Б) имеет достаточно большую площадь, то быстро меняющийся магнитный поток породит в нем индукционные токи, которые необходимо учитывать. Не говоря уже о том, что вне контура с током создаваемое им магнитное поле является слабым.
И если аккуратно все это посчитать, апеллируя не только к закону Ампера, но и к другим законам электродинамики, то выяснится следующее. При наличии силы тяги она обусловлена только излучением электромагнитных волн в обратном направлении, а описанный в статье механизм магнитного взаимодействия проводников А и Б не имеет отношения к реальности. Интересно заметить, что к такому же выводу в свое время пришел автор идеи «полевого двигателя Мотовилова», выпускник МФТИ Михаил Пухов, описавший ее в научно-фантастическом рассказе «Услуга мага» в 1977 г. Этот замечательный популяризатор науки, проработавший долгое время в «Технике Молодежи», был достаточно квалифицированнным физиком для того, чтобы обнаружить слабые места своей юношеской идеи. К сожалению, он прожил всего 51 год и умер в 1995 г. А инженер Мотовилов, по-видимому, так и не сумел преодолеть пьянящее очарование ложной идеи полевого двигателя.
Судя по описанию и картинке, в токопроводах длиной в несколько метров возбуждаются 800-килоамперные импульсные токи с частотой 100 МГц. Следовательно, звездолет излучает в пространство радиоволны с длиной волны порядка метра. Летающая радиостанция!
Д.Н. Мотовилов прекрасно понимает, что принцип барона Мюнхгаузена работать не может. Поэтому он пишет, что «… звездолет со скоростью света исторгает в космос материю в форме полей, обладающих энергией и массой». Таким образом полевой двигатель по сути является реактивным, излучающим направленные импульсы коротких радиоволн. Несомненно автор понимает это, но все-таки остается в плену «полевой» иллюзии, смешивая два разных принципа. Один из них он описал в начале статьи, где два проводника с током попеременно толкают друг друга в одну и ту же сторону за счет переключения направлений токов. В звездолете такими проводниками служат токопроводы.
Этот двигатель не будет работать хотя бы потому, что требуемую быстроту переключений нельзя реализовать из-за потери времени на распространение электрического поля вдоль проводников. А она, как легко проверить, будет иметь порядок периода при частоте 100 МГц (~10 наносекунд). Cамоиндукция в контурах проводников также не позволит переключать токи намного быстрей, как этого требует принцип полевого двигателя (предполагается, что направление тока в проводнике меняется за время, которое намного меньше времени тока в одном направлении).
Второй принцип, на который de’ facto ссылается Д.Н. Мотовилов, это направленная радиоантенна огромной мощности. Рассмотрим этот вариант, основываясь на данных из статьи. Быть может антенна полетит за счет реактивной тяги?
Автор неверно считает массу «исторгнутого» электромагнитного поля по формуле M = — F t / c , где F — результирующая сил Ампера. Знак минус означает, что масса поля излучается в обратную тяге сторону. Принципиальная ошибка заключается в том, что импульс поля нельзя считать по формуле p = Mc, где M есть «масса» поля. Такой массы у поля просто нет, а его импульс следовало бы оценивать по квантовой формуле p = E / c , где E равно суммарной энергии фотонов, участвующих в направленном движении сгустка электромагнитного поля. Немного странно, что именно так автор подсчитывал силу тяги: «Расчеты показывают, что в частном случае один мегаватт энергии, израсходованной нашим двигателем, порождает силу тяги в несколько килограммов…». Здесь просто опечатка. Имелась ввиду энергия в мегаватт-часах, выделяемая за секунду. Тогда из формулы p = E / c действительно получим килограммы тяги. При крейсерской мощности 3·10^8 млн. Вт отсюда получается 1000 тонн тяги, которая явно достаточна для разгона звездолета массой 6 000 тонн. Но судя по тому, что за 20 лет полета будет затрачено 2 000 тонн топлива (вещество + антивещество), имелась ввиду брутто-мощность. В статье указан КПД 10 — 15 %, что примерно соответствует ускорению 0.1g .
Итак, в статье «Сердце звездолета» по сути предлагается традиционный реактивный принцип движения, где роль рабочего тела играют радиоволны. Однако невозможно представить себе устройство, способное генерировать в коротковолновом или УКВ диапазоне тераватты мощности! Не проще ли напрямую использовать электромагнитное поле гамма-излучения, которое выделяется при аннигиляции? Но это — фотонный звездолет, еще одна техно-утопия, которую нужно разбирать отдельно.
Преимущество гипотетического полевого звездолета перед фотонным заключается в том, что гамма-кванты нельзя отразить никаким зеркалом. При этом летающая антенна, по замыслу Мотовилова, могла бы генерировать направленное радиоизлучение. Однако, сама возможность такой сверхмощной генерации основана на ложном рассуждении о магнитном взаимодействии проводников, которое автор положил в основу статьи.
Важно также обратить внимание на то, что каждую секунду энергетическая система звездолета Мотовилова выделяет энергию, эквивалентную почти 70 килотонн тротила. Это — ядерный взрыв, эквивалентный 5 — 6 Хиросим или 3.5 Нагасаки . И так 20 лет подряд! Из них только десятая часть уйдет в силу тяги. Все остальное придется как-то утилизовать, не допуская испарения звездолета и превращения токопроводов в плазму. Как этот излучатель радиоволн выдержит тепловые нагрузки, сопоставимые с непрерывным воздействием ядерных взрывов в течении 20 лет !? Очевидно, что никак.
Таким образом, звездолет Д.Н. Мотовилова не очень далек от великой и, видимо, столь же несбыточной мечты поколений писателей фантастов — фотонного корабля http://extremal-mechanics.org/archives/714 .