В.А. Коноваленко
Усовершенствование электромагнитной тяги
        Полёт «Вояджеров», обнаруживших зону турбулентности на стыке гелиосферы с окружающей галактической средой, позволяет констатировать, помимо прочего, два бесспорных факта:
        1. Космическое пространство, по меньшей мере, в пределах гелиосферы не является пустотой, в которой могут свободно двигаться поля и частицы солнечного ветра, о чём говорит факт резкого торможения солнечного ветра на границе гелиосферы (в зоне турбулентности).
        2. Субстанция, заполняющая космическое пространство, имеет конечную, не нулевую плотность, обладает упругостью и связностью, о чём говорит само существование гелиосферы, наличие в гелиосфере ударной волны и её взаимодействие с окружающей галактической средой, тоже как минимум не пустой.
        Для более фундаментальных выводов о свойствах этой субстанции данных недостаточно, однако, сама каплевидная форма гелиосферы позволяет предположить наличие у этой субстанции (назовём её по старинке вакуумом) физических свойств, подобных свойствам жидкости. Конечно, вакуум состоит не из атомов или разного рода нуклонов – их бы давно обнаружили – скорее всего это полевая форма, способная заполнять и соответственно свободно проникать в межатомные и внутриатомные промежутки. Именно это и делает его столь неуловимым. Однако, этот вакуум имеет ещё и не нулевую «вязкость», придающую гелиосфере форму капли.
        Если же признать, что плотность вакуума отлична от нуля, то «электромагнитная тяга» (EmDrive) Шойера представляет собой устройство, толкающее окружающий вакуум в сторону узкого конца. Наши предки не различали молекул воды, что не мешало им двигаться по воде на вёсельных лодках и каноэ. Примерно то же делают Глушко, Шойер и их последователи, отталкиваясь от вакуума...

Рис. 1. Электромагнитный двигатель Шойера
        Вообще говоря, именно потому, что вакуум легко проходит сквозь любое вещество, для самого вакуума форма «гребного» устройства не существенна. Геометрия конструкции определяет конфигурацию волны электромагнитного поля движителя, служащей своего рода «вёслами», толкающими вакуум и, в полном соответствии с законом сохранения импульса, обеспечивающими тягу. Форма же движителя влияет на «силу гребка», «размах вёсел» и «число гребцов». Достаточно сравнить китайский двигатель 2008 г. (усечённый конус) и двигатель НАСА 2015 г. (цилиндр + конус). Китайский двигатель даёт тягу, превышающую тягу двигателя НАСА в разы (китайские данные не проверены независимыми экспертами).  К сожалению, никаких более или менее систематичесих исследований влияния формы резонатора на величину тяги пока не проведено.
        Как известно, резонатор хорошей добротности может существенно усиливать электромагнитные колебания, решая ту же задачу, которую В.П. Глушко решал радиотехническими методами. То есть применение резонатора ведёт к существенному увеличению тяги за счёт повышения напряжённости э/м поля в резонаторе («сила гребка»). Если бы мы могли видеть э/м поле, движитель Шойера мог бы выглядеть так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Возможная картина э/м поля в э/м движителе
(мысленный взгляд сквозь стенку, сила тяги направлена вправо)
         Официальное признание эффекта так называемого «безопорного движения» (а на самом деле – не нулевой плотности вакуума) сделали насущно необходимым совершенствование устройств для взаимодействия с вакуумом и повышения их кпд. По тем скудным сведениям, которые стали доступны, уже предложены два способа:
        1. Сам автор – Шойер – запатентовал новый EmDrive со сверхпроводящими днищами для снижения потерь. Это сильно осложняет эксперименты в земных лабораториях, но легко осуществимо в космосе. Вопрос в том, насколько это решение окажется эффективным – потери и без того были не очень велики!
        2. Майкл Макалош из Плимутского университета полагает, что заполнение полости EmDrive диэлектриком может увеличить тягу, поскольку использование в конденсаторах материалов с высокой относительной проницаемостью ведёт к увеличению их ёмкости в десятки тысяч раз (возрастает поток электростатической индукции). Иначе говоря, Макалош предлагает использовать «диэлектрические резонаторы» (ДР).
        Принцип действия ДР основан на явлении объёмного резонанса электромагнитной волны внутри используемого образца диэлектрика при заданных размерах и форме. Увеличение диэлектрической проницаемости материала приводит к уменьшению размеров ДР заданной частоты (f0) в Qe-раз или же, при сохранении размеров резонатора, к его эффективному увеличению во столько же раз (Q – добротность резонатора, то есть отношение энергии, запасённой в ДР, к энергии, теряемой за один период колебаний электромагнитного поля, – характеризует потери в объёме диэлектрика). Q ~1/tgd  и обычно, в зависимости от e, лежит в пределах от 500 до 10000 на частотах ~10ГГц. Максимальный уровень добротности ДР обеспечивает соотношение высоты цилиндрического ДР к его диаметру в пределах от 0,4 до 0,6. Каков уровень добротности ДР в форме усечённого конуса, пока неясно.
        Не очевиден и выбор материала: керамические диэлектрики, разработанные на основе силиката  магния и титанатов кальция и магния, обладают высоким e до частот ~ 10 ГГц (так, MTС-80 имеет e = 80.0 на частоте < 6.0 ГГц); диэлектрики на основе полимеров, наполненных двуокисью титана (напр., CTЛ-40) работают на частотах 10 ГГц, но при температурах от минус 60оС до плюс 90оС, что исключает вынос движителя из корабля в космос...
        Наконец, существуют материалы и со значительно бо'льшими e,  но они хорошо работают на сравнительно низких частотах. Напр., ВК-3, применяемый для варикапов, на частотах до 10 МГц имеющий относительную диэлектрическую проницаемость ~104, в диапазоне СВЧ, где работает EmDrive (~ 3 см), мало отличим от воздуха (другое дело – движитель Глушко, работающий на радиочастотах).
        Кроме того, Арто Аннила, представитель команды из Финляндии, вообще считает, что э/м тяга возникает под влиянием волн, длина которых не кратна расстоянию между стенками резонатора, то есть такими, которые не образуют в резонаторе стоячих волн (а значит, и не резонируют). Если это так, то ДР просто бесполезен...

Рис. 3. Электромагнитная волна круговой поляризации
        Резюмируя сказанное, можно предположить (развивая тезис финской команды), что существенного увеличения эффекта следует ожидать от перехода к непрерывному «отталкиванию» от вакуума, то есть от волны круговой поляризации (рис. 3), бегущей в круглом волноводе, заполненном соответствующим диэлектриком.

Рис. 4. Бегущая волна круговой поляризации в роли гребного винта
         Э/м волна круговой поляризации, которая может быть аналогом винта, способна «отталкивать» вакуум непрерывно, что должно дать существенный прирост тяги движителя. Гипотетически движитель на волне круговой поляризации, рассчитанный на одну длину рабочей волны, мог бы выглядеть так, как показано на рисунке 4: таблетка ВК-3, предназначенная для работы на частоте 10 МГц (длина волны в воздухе 10 м), вмещающая одну длину волны с генератором волны круговой поляризации с одной стороны и 100% поглотителем с другой.
        Такая таблетка, толщиной ~ 1 мм и диаметром 1 см будет иметь эффективный диаметр 100 м и эффективную толщину 10 м, что существенно больше EmDrive. Однако, особого эффекта в смысле тяги от неё ожидать не стоит: высокая концентрация энергии в таблетке, скорее всего, будет приложена к вакууму в геометрических размерах таблетки – вряд ли следует ожидать, что диэлектрик сможет «концентрировать» вакуум. Конечно, высокая концентрация энергии не может остаться без последствий, но проверить их можно только в эксперименте.

Рис. 5. Шнековый э/м движитель с бегущей волной круговой поляризации
        Можно предполагать, что тяга будет тем больше, чем больший объём вакуума будет контактировать с движителем. Увеличение диаметра таблетки наиболее действенно, но при этом растут чисто конструктивные проблемы её облучения, а вот увеличение толщины практически ничего не усложняет в волновых конструкциях.  Полагаю, что аналог шнека в роли движителя (рис. 5) окажется эффективнее  винтового аналога, хотя и уступит моноволновому диску большого диаметра, поэтому имеет смысл в качестве движителя сразу применить круглый волновод на несколько длин рабочей волны.
В оглавление