Автор: Георгий Васильевич Костин, ДТН, профессор, разработчик и организатор испытаний и серийного производства ЖРД для РН «Союз», «Протон», СС-20, «Энергия-Буран».
Организационно-аналитическая справка. Август 2022 года.
Все созданные природой и человеком двигатели предназначены для перемещения тел (объектов) в пространстве на принципах перевода подводимой извне или вырабатываемой внутри них энергии в движение тела. Эффективность практического использования любого двигателя вне зависимости от теоретической основы его создания и его конструктивных особенностей оценивается единственным критерием: соотношением величины полученного усилия, обеспечивающего движение тела, к подведенной к нему величине энергии или массы, потребной для ее производства.
Созданные на сегодня двигатели обеспечивают перемещение объектов за счет приведения в действие механизмов отталкивания от других, имеющих массу, материальных тел (объектов). Ракетные двигатели отталкиваются от выпущенных через сопла продуктов сгорания химического топлива.
В области космических технологий пока единственным средством перемещения в космическом пространстве является реактивный принцип движения, основанный на выбросе реактивной массы. В ЖРД использование заложенного в химическом топливе энергетического потенциала доведено до совершенства. Получить увеличение тяги за счет совершенствования процесса горения в камере ЖРД свыше 2 – 3 процентов не представляется возможным.
В 2010 году российский физик Владимир Семенович Леонов опубликовал Теорию Суперобъединения, в которой с единых позиций рассматриваются гравитация, электромагнетизм, ядерные и электрослабые силы. В пространстве предполагается наличие новой, неизвестной ранее науке, полевой частицы квантона, являющегося носителем сверхсильного электромагнитного взаимодействия.
По Леонову в микроуровне материи отсутствуют частицы, имеющие массу, но есть не имеющую массу квантоны. Квантованное пространство-время – это форма материи, представляющая собой глобальное энергетическое поле Вселенной и являющаяся единственным источником энергии и сил. Космический вакуум наполнен глобальной энергией, изначально аккумулированной в квантованном пространстве-времени.
А масса – это всего лишь иллюзия, которую нам преподносит природа, которая в основном оперирует понятием энергии в объеме глобального энергетического поля Вселенной. Масса частицы (тела) формируется в результате сферической деформации квантованного пространства-времени и представляет собой сгусток энергии деформации, эквивалентный массе частицы. Масса – это энергия, это неразрывная часть сферически деформированного квантованного пространства-времени, часть глобального энергетического поля.
Силы в космическом пространстве могут создаваться, минуя принцип реактивного движения, когда градиент энергии напрямую создается в рабочих органах квантового двигателя (КвД). Тяга его обеспечивается за счет взаимодействия его рабочих органов с квантованным пространством-временем, как глобальным энергетическим полем. К настоящему моменту Теория Суперобъединения уже располагает порядка 10 способами создания тяги, исключающими принцип реактивного движения.
Леонов предложил превратить энергию квантонов в целенаправленную работу квантового двигателя. КвД создает силу тяги в результате деформации квантонового пространствавремени. Используется энергия, которая разлита по всей Вселенной.
Для организации рабочего процесса первых КвД потребовался подвод внешней электроэнергии. Но ее объем практически ничтожен по сравнению с получаемой в КвД тягой. Леонов разработал механизм работы КвД и в 2009 – 2020 годах создал их работающие макеты. Российский патент на квантовый двигатель зафиксирован в 2010 году.
Специалистами Воронежского механического завода (ВМЗ) в 2018 году был рассмотрен предложенный В.С.Леоновым (организация «Квантон») проект Квантового двигателя, работающего на энергетике космоса, т.е. не использующего привычные земные виды топлива.
3.03.2018 года на предприятии «Квантон» совместно с представителями РКК «Энергия» и Воронежского механического завода были проведены испытания импульсного квантового двигателя КвД-1, создающего тягу в течение 1/8 времени пуска (аналогично одному рабочему такту в 4-х-тактном поршневом двигателе).
Проведены замеры полученной тяги и расхода электроэнергии на ее получение. Из-за недостаточной точности изготовления отдельных элементов КвД-1 и несовершенства системы измерений на предприятии «Квантон» разброс тяги КвД колебался при испытаниях от 100 до 180 кг. При проведении дальнейших испытаний КвД и проектировании гибридных «ЖРД + КвД» эти факторы подлежат оптимизации.
Отношение полученной на КвД-1 тяги к расходу «земной» электроэнергии оказалось более чем в 100 раз выше, чем у лучших ЖРД. Т.е. квантовый двигатель экономичнее ЖРД более, чем на 2 порядка.
Испытания однозначно подтвердили работоспособность КвД и его огромные преимущества в удельных параметрах по сравнению с любыми до сих пор созданными двигателями.
При использовании КвД в межзвездных полетах следует иметь в виду еще одно их преимущество. ЖРД «толкает» ракетоноситель или космический корабль всего лишь в течение времени расхода объема топлива в баках ракеты. Дальнейший полет корабля в космосе проходит либо по инерции, либо с использованием имеющихся сил притяжения и взаимодействия между планетами. В любом случае скорость полета в целом определяется разгоном ракеты на активном пути ее полета. КвД имеет «топливо» во все время полета корабля, т.е. в течении всего полета либо разгоняется двигателем, либо им тормозится. Это позволяет время полета до Марса сократить всего до 4 суток.
Беспилотники с КвД могут находиться на рабочей орбите годами.
В будущем необходимо проектирование, изготовление и испытание КвД проводить не в лаборатории «Квантона», а на профильном заводе жидкостноракетных двигателей, где разброс полученных параметров будет сведен до сотых долей процента.
Квантовые двигатели по опубликованной в 2010 году теории В.Леонова «Суперобъединение» созданы в Китае и в США. В Роскосмосе, видимо, имела место утечка за рубеж секретной информации. Во всяком случае, направляемая на предприятия Роскосмоса информация о квантовых двигателях послужила форсированию работ по их разработке в США. Они там начались после проведения в России испытаний КвД Леонова.
В США в 2020 году создан новый Научно-производственный институт разработки квантовых двигателей и их приоритетного использования в космических программах Limitless Space Institute (LSI). Институт выведен из федеральных ведомств НАСА и Министерства обороны и подчинен непосредственно высшему руководству страны. Финансируется он непосредственно из государственного бюджета. Перед ним поставлена задача разработки и реализации американской программы «Звездных войн» на новейших научных и технологических принципах, в том числе, на квантовых двигателях.
Во главу института поставлены авторитетнейшие профессионалы космической и оборонной отраслей. Президент института – профессиональный военный, руководитель 110 полетов Шаттл, 58 экспедиций на МКС, директор Космического центра в Хьюстоне, руководитель лаборатории физики перспективных двигателей НАСА в Космическом центре Джонсона доктор физики Гарольд Уайт.
Программа исследований института строго засекречена. Но опубликовано, что в его задачи входит создание и освоение производства нереактивных квантовых варп-двигателей (американское название двигателей Леонова) и создание на их базе космических межпланетных кораблей и аппаратов без ракетных двигателей.
В сентябре 2019 года появились сообщения о создании в Великобритании Квантового двигателя Em Drive с удельной тягой, превышающей удельную тягу ЖРД в 1000 раз. Тем не менее, разработки в России пока опережают зарубежные эксперименты на 5 - 7 лет, но наше опережение преступно исчезает.
Созданные на предприятии «Квантон» работающие демонстрационные макеты КвД на данном этапе имеют две особенности:
– для организации внутри двигателя процесса создания тяги требуется подвод внешней «земной» электроэнергии, объем которой по создаваемой КвД тяге более чем в 100 раз меньше, чем расход «земной» энергии в существующих ракетных двигателях;
– рабочий цикл двигателя продолжается 1/8 общего цикла работы (аналогично одному рабочему такту в 4-тактном поршневом двигателе).
В разработках предприятия «Квантон» есть варианты КвД, не требующие подвода внешней электроэнергии. Но для их создания требуется дополнительная конструкторско-технологическая отработка.
Для применения на практике необходима разработка конструкции КвД с циклом работы не 1/8, а 8/8. Эта – обычная инженерная задача, которая может быть без проблем решена в Воронежском центре космического двигателестроения.
Создание ракетных комплексов с квантовыми двигателями для космических полетов требует значительного времени и разработки КвД большой тяги. Оценивая перспективы развития квантовых двигателей, Леонов и Костин предложили вариант КвД с подачей внешней электроэнергии применить для гибридных двигателей «КвД + ЖРД». Основным двигателем по тяге является штатный ЖРД, доработанный генератором электроэнергии для КвД. Двигательный отсек существующего ракетоносителя дорабатывается и в него помещается небольшой КвД тягой 0,5 – 1/10 тяги ЖРД. Таким образом, используется сравнительно небольшой КвД, пригодный для разных РН.
Гибридные двигатели без существенной переделки двигательных отсеков существующих ракетоносителей, позволяют увеличить полезную грузоподъемность «Союза» на 80 кг, «Протона» - на 300 кг. Это позволяет на существующих ракетоносителях обеспечить вывод в космос того же полезного груза при пуске с «Восточного», который обеспечивается при пуске с Байконура.
На проекте сверх тяжелого РН «СТК-100» применение гибридного двигателя «РД-0120 + КвД» позволяет вывести в космос вместо 100 т полезного груза – 128 т, а на втором этапе создания РН СТК – более 200 т (США и Китай планируют 140 т).
Создание гибридных двигателей на данном этапе представляется единственным и наиболее дешевым способом, как форсирования применяющихся ракетоносителей с целью существенного увеличения веса полезной нагрузки, так и при разработке новых ракетоносителей, включая сверх тяжелую ракету. В авиации – для работы в форсажном режиме и для существенного увеличения дальности полетов без дозаправки. Для беспилотников – для создания беспосадочных объектов.
Работы по квантовому двигателю в 2018 году поддержал руководитель РКК «Энергия» Л.Солнцев. Была выделена группа исследователей, организованы успешные межведомственные испытания макетов КвД. Но далее последовало торпедирование работы с квантовыми двигателями со стороны «команды» Рогозина.
Неоднократные обращения к руководству Роскосмоса и его ведущих предприятий о необходимости организовать эту работу на ВМЗ были жестко остановлены. Все попытки Леонова организовать производство квантового двигателя на любом из двигательных заводов Роскосмоса успеха не имели. Рогозин в течение трех лет отвергал все без исключения предложения о начале разработок квантового двигателя, преступно обеспечивая стратегическое отставание России от США в космических программах.
Для решения перечисленных проблем необходимы организационные и кадровые мероприятия. Создание по УП Президента РФ кооперации предприятий для обеспечения работ по созданию КвД и ракетоносителей на их основе.
Наиболее приемлем состав кооперации предприятий с учетом проведенных в 2017 – 2018 годах работ:
– Предприятие «Квантон» – разработка теории и конструктивных вариантов квантовых двигателей, разработка и изготовление рабочих органов процесса квантового тягообразования, участие в научном обеспечении работ.
– Воронежский центр космического двигателестроения – разработка конструкций и изготовление КвД и гибридных двигателей, их испытание на стендах ЖРД, участие в научном обеспечении работ.
– РКК «Энергия» и ГРЦ Макеева – организаторы выпуска ТЗ на КвД и гибридные двигатели, доработка двигательных отсеков существующих ракетоносителей под установку гибридных двигателей. Разработка ТЗ на КвД и гибридные двигатели для РН СТК и возвращаемых многоразовых носителей.
– Предприятия по проектированию и изготовлению электрогенераторов для подачи электроэнергии в КвД.
– Воронежский центр космического двигателестроения освободить от подчинения в качестве филиала предприятию Энергомаш.
По результатам обсуждений практической сущности Теории Леонова «Суперобъединение» и совместно проведенных работ по макету квантового двигателя, развитию его конструкции и созданию гибридных двигателей «КВД – ЖРД» Леонов, Костин и Бакланов в августе 2018 года направили Научнотехническую справку на предприятия Роскосмоса и в Оборонный комитет ГД РФ. Краткий вариант ее Олег Дмитриевич Бакланов направил Президенту РФ Владимиру Владимировичу Путину.
Выводы.
Проведенные 3.03.2018 года испытания КвД-1 подтвердили реальную возможность создания квантовых двигателей и возможность получения при их эксплуатации недостижимо высокого уровня тяги.
В профильном производстве ЖРД на ВМЗ в кооперации с предприятием «Квантон» возможно изготовление КвД любой мощности и размерности.
КвД представляют исключительный интерес для проектов создания гибридных двигателей «ЖРД + КвД» с существенным качественным ростом удельных характеристик ракетного двигателестроения.
Технические и организационные обоснования и предложения по организации работ по квантовым двигателям, начиная с 2024 года, есть в наличии и могут быть представлены.
Одна из 5 разработанных схем гибридного двигателя:
На продленный вал турбонасоса ЖРД устанавливается электрогенератор. Выработанный в нем ток проходит через блок управления подачи электроэнергии и подается в КвД для создания зоны плазмы, в которой организуется поворот потока энергии квантонов в направлении приемной плиты ракетоносителя для создания тяги КвД «Т2». На эту же приемную плиту передается тяга ЖРД «Т1».
Группа работников организации «Квантон», НПО «Энергия» и Воронежского механического завода после испытаний квантовых двигателей.
В центре автор теории «Суперобъединения», КТН, заслуженный машиностроитель РФ, Главный конструктор организации «Квантон», автор квантового двигателя Владимир Семенович Леонов и бывший Министр Общего машиностроения СССР Олег Дмитриевич Бакланов.