Летом 2007 года информационные ленты облетело сообщение о том, что в США получен патент — «летающая тарелка». Вообще-то на эту новость тогда не обратили особого внимания, так как известия о сенсационных изобретениях, оказывающихся потом обычным пиаром тщеславных мечтателей, поступают чуть ли не ежедневно.
Но личность автора не дает оснований для совсем уж глубокого скепсиса: изобретателем летательного аппарата нового типа стал американский профессор индийского происхождения Субрата Рой. Мистер Рой — директор Лаборатории моделирования динамики плазмы Университета штата Флорида, член множества научных обществ и фондов, долгое время сотрудничает с исcледовательскими учреждениями ВВС США и NASA.
Плазменный пирог
В чем же суть изобретения, предложенного на суд общественности таким серьезным человеком? Разумеется, речь не идет о настоящем дискообразном космическом корабле, на котором якобы путешествуют инопланетяне. Согласно патентной заявке, бескрылый электромагнитный летательный аппарат (БЭЛА) имеет диаметр всего лишь 15 см, что позволит взять на борт разве что улиток и кузнечиков. Форма его больше всего напоминает пирог, испеченный в «чудо-печке». Иными словами, диск получит форму тора и будет иметь относительно большое отверстие по центру.
Бескрылый летательный аппарат
Как видно из схемы, бескрылый электромагнитный летательный аппарат — полый внутри и имеет своеобразную аэродинамическую форму. А зачем отверстие посередине? Не только для уменьшения веса конструкции. Чтобы держаться в воздухе, аппарату понадобится, в частности, сохранять устойчивость при порывах ветра. В этом случае зона внутри отверстия окажется наиболее защищенной от давления ветра, и находящиеся там генераторы плазмы смогут быть использованы для стабилизации положения БЭЛА в воздухе, создавая ускорение по вертикальной оси. Если проект получит развитие, то, по мысли конструктора, в нашем распоряжении окажутся самолет, вертолет и летающая тарелка в виде одного-единственного типа летательных аппаратов. Оценивая масштаб технических проблем, профессор Рой заявляет: «Да, риск велик, но столь же великим будет вознаграждение».
По-настоящему революционным можно назвать принцип движения БЭЛА — аппарат будет держаться и перемещаться в воздухе благодаря плазме. Эта идея возникла в голове автора проекта не спонтанно — к моменту подачи патента у профессора Роя уже накопился солидный список научных публикаций по теме взаимодействия приповерхностного слоя плазмы с обтекающим потоком воздуха. Интерес к подобным исследованиям давно существует у аэрокосмической промышленности, так как слой плазмы на поверхности летательного аппарата рассматривается как возможность улучшения его аэродинамических свойств. Военные также рассматривают это явление как возможность скрыть объект от радаров противника. Кстати, именно это свойство ионизированного газа пытались использовать советские конструкторы, разработавшие в 80-е годы прошлого века гиперзвуковую крылатую ракету «Метеорит» с установленным на борту специальным плазменным генератором.
В основе конструкции БЭЛА лежит принцип диэлектрического барьерного разряда. Суть этого явления в следующем. Если на два электрода подать высокочастотное переменное напряжение, то воздух между ними ионизируется — образуется плазма. Полученную таким путем плазму профессор Рой предлагает использовать в качестве рабочего тела для своего оригинального двигателя. По всей поверхности «тарелки», выполненной из диэлектрика, будут равномерно распределены пары электродов, ионизирующие тонкий приповерхностный слой воздуха. При взаимодействии магнитного поля с этой плазмой возникают магнитогидродинамические силы (см. врезку). Фактически речь идет о небольших плазменных двигателях, задача которых, взаимодействуя с окружающим воздухом, сформировать в нем вихри. Именно эти вихри и создадут подъемную силу, удерживая БЭЛА в воздухе, и заставят «тарелку» перемещаться в воздушном пространстве. Формированием плазмы в той или иной точке поверхности БЭЛА будет управлять установленная на борту электроника. Таким образом, творение американского физика сможет подняться в небо благодаря аэродинамическим процессам, возникающим в воздухе под направленным воздействием ионизированного газа.
Диск против стрекоз
Исследования в области электрореактивных двигателей ведутся уже многие десятилетия. Главное их преимущество — высокий удельный импульс и малый расход рабочего тела. А главное препятствие к их широкому применению — отсутствие компактных источников питания, пригодных для использования в авиации и космической технике. Разместить такой источник на борту 15-сантиметрового БЭЛА пока совершенно нереально.
Однако профессор Рой уверен, что найденный им принцип движения на основе взаимодействия плазмы с воздухом позволит обойтись минимальными затратами энергии и подходящими по весу и размеру батареями. Остается лишь убедиться своими глазами в том, насколько эти утверждения соответствуют истине. Ведь, по словам автора проекта, работающая модель бескрылого электромагнитного аппарата, возможно, появится уже к концу текущего года.
Жужжание роботов
Интерес к миниатюрным летательным аппаратам возник в середине 90-х годов.
В 1996 году американское Агентство перспективных исследований в области обороны (DARPA), то самое, по инициативе которого когда-то была создана секретная компьютерная сеть, позже ставшая интернетом, дало старт программе Micro Air Vehicle (MAV). Целью программы стало поощрение исследований в области разработки миниатюрных ЛА, пригодных для наблюдения с воздуха и разведки. Именно DARPA задала максимальный размер для такого рода конструкций — 15 сантиметров. С тех пор возникло множество разнообразных проектов МАЛ. Наиболее интересны схемы, в которых конструкторы попытались воспроизвести технику полета живых существ. Robofly (робот-муха) действительно практически соответствовал по размеру своему живому прототипу. Предполагалось, что эти «насекомые» будут летать целыми стаями, например, исследуя объекты зараженные радиацией или опасными химикатами.
Другим известным проектом стал Entomopter -созданный американским профессором Робертом Майклсоном летающий робот, который машет двумя парами крыльев. В движение крылья приводит уникальное устройство, названное возвратно-поступательным химическим мускулом. Это устройство работало на электричестве, полученном от химической батареи, которая размещалась на борту робота. По мнению специалистов NASA, Entomopter мог бы вполне пригодиться не только на Земле, но и в условиях марсианской атмосферы. На снимке внизу — испытания МАЛ военного применения, испытываемый подразделением армии США на военной базе в Калифорнии.
Размеры «летающей тарелки», конечно, не могут не вызвать улыбку. Правда, профессор Рой утверждает, что его проект вполне пригоден к масштабированию. С другой стороны, 15 см — это базовый размер для особого класса устройств, получивших название «микроскопические летательные аппараты» (МЛА, MAV).
Аэродинамика сверхлегких и малоразмерных ЛА принципиально отличается от аэродинамики самолетов и вертолетов обычного размера. Именно поэтому создатели МЛА часто пытаются вместо копирования «большой» аэродинамики воспроизводить в своих конструкциях принципы, позаимствованные у природы. В частности, существуют модели с машущими крыльями, похожие на стрекоз. Субрата Рой предлагает идти другим путем. Он считает, что создал гораздо более эффективную конструкцию МЛА, в которой нет механики и движущихся частей.
Магнитогидродинамика
Магнитогидродинамикой называется область физики, изучающая взаимодействие токопроводящих жидкостей и газов с магнитным полем. На магнитогидродинамическом принципе основаны плазменные двигатели: превращенный с помощью электрического разряда в плазму газ под воздействием магнитного поля устремляется в определенном направлении, создавая реактивную тягу. Подобный же эффект применяется в проекте Субраты Роя. До сих пор использование магнитогидродинамической тяги не представляло экономического смысла в силу слишком высокой энергоемкости. Построенное в 1991 году экспериментальное японское судно «Yamato 1» приводилось в движение магнитогидродинамическим двигателем, состоявшим из охлаждаемого с помощью жидкого гелия сверхпроводящего электромагнита. В качестве токопроводящей жидкости и рабочего тела выступала обычная морская вода. Этот очень красивый и дорогой корабль мог передвигаться со скоростью всего 8 узлов (15 км/ч).
МЛА — не игрушки. Их довольно активно разрабатывают в США в интересах военного ведомства. Компактный летающий робот, который может легко поместиться в солдатском рюкзаке, способен выполнять разведывательные функции на уровне взвода, залетая за холмы и неровности, проникая внутрь занятых врагом зданий, осматривая с высоты птичьего полета соседний вражеский окоп. Если учесть давний опыт сотрудничества профессора Роя с Исследовательской лабораторией ВВС США, не исключено, что и его новое детище — не игрушка на потеху публике, а устройство, рассчитанное на военное применение.
Есть, однако, серьезная проблема, без решения которой будущее подобной системы представляется туманным и сомнительным (собственно, за 10 прошедших лет ничего не изменилось). «Летающая тарелка» профессора Роя, если она когда-нибудь взлетит, должна будет управляться по радио. Однако плазма, окутывающая летательный аппарат, как известно, мешает прохождению радиоволн, и наверняка со связью в этом случае возникнут определенные проблемы. Как американские ученые намерены наладить радиосвязь с БЭЛА, пока совершенно непонятно. Если же им это в конце концов так и не удастся, тогда, возможно, как ехидно заметили журналисты австралийского веб-журнала gizmag.com, аппарату придется передавать информацию на Землю более традиционным для НЛО способом: оставляя круги на полях и расчленяя домашний скот.
Читайте по теме. Как работает ионный двигатель и где он применяется
