КОРАБЛИ БЕЗ ВИНТА
Сверхпроводники могут оказать большую услугу не только наземному транспорту, но и подводным кораблям. При стесненных габаритах и ограниченном водоизмещении на корабле можно установить легкие, компактные и в то же время мощные генераторы и двигатели.
Но усовершенствование судовых электроустановок не устраняет недостатков двигателя с гребным винтом, который не может обеспечить большую скорость хода и вызывает большой шум. Здесь весьма перспективен магнитогидродинамический двигатель — МГД-двигатель.
Мы знаем, как работает МГД-генератор: если пропустить через МГД-канал рабочее тело (например, низкотемпературную плазму), то под воздействием магнитного поля оно будет отклоняться к электродам. Но известно, что электрические машины, как правило, обратимы. Следовательно, МГД-установка может превращать кинетическую энергию плазмы в электрическую или же, напротив, ускорять плазму с помощью магнитных сил за счет потребления энергии извне. В этом случае это уже ускоритель, или инжектор плазмы. Такой плазменный ускоритель, по существу, аналогичен обычному электродвигателю, в котором роль якоря играет текущая плазма.
А теперь представьте себе трубу, заполненную электропроводящей жидкостью. Если пропустить через нее электрический ток, то под воздействием магнитного поля жидкость будет выбрасываться из канала. Так работает МГД-двигатель. В нем морская вода (рабочее тело) ускоряется электромагнитными силами в результате взаимодействия пропускаемого через воду тока с магнитным полем.
Рис. 6.13.1
Вот один из проектов реактивной подводной лодки с МГД-двигателем. Проточная часть двигателя выполняется в виде кольцевого канала, расположенного между внешним и внутренним корпусами лодки, которые одновременно являются и магнитопроводами двигателя (рис. 6.13.1). Трехфазный ток, проходящий через обмотки, порождает магнитное поле, бегущее от носа лодки к корме. В морской воде в канале индуцируются токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем приводит к появлению в воде магнитной силы, направление которой совпадает с направлением движения поля. И лодка ведет себя подобно кальмару — она как бы отталкивается от воды, приходя таким образом в движение. По расчетам подобный двигатель может обеспечить лодке скорость хода до 90 км/ч.
Наряду с описанным индукционном двигателем разрабатывается и двигатель кондукционного типа. В этом случае лодка также состоит из внешнего и внутреннего корпусов, между которыми располагаются стерженевые магниты, создающие в канале магнитное поле. Внешний и внутренний корпуса, изолированные при помощи прокладок, представляют собой электроды, на которые подается напряжение таким образом, что ток через морскую воду идет в радиальном направлении. Взаимодействие магнитного поля с током приводит к появлению в морской воде сил, обусловливающих тягу двигателя. Скорость хода судна с таким двигателем может достичь 70 км/ч.
Применение МГД-двигателя на кораблях сулит многие преимущества. Это и повышение скорости, и понижение уровня шумов, вибрации. Однако при использовании традиционных магнитов МГД-двигатель окажется малоэффективным: КПД его мал из-за низкой электропроводности морской воды и недостаточной величины магнитной индукции. При использовании же электромагнитов возникают большие потери в обмотках. Лишь применение сверхпроводящих магнитных систем, обеспечивающих сильные магнитные поля, сделает реальным идею МГД-двигателя — бесшумного, компактного, без вращающихся частей.
И в заключение несколько слов о космических «профессиях» сверхпроводящих магнитов. Сильные магнитные поля сверхмагнитов могут быть использованы для экранирования космических кораблей от проникающей радиации. Хорошо известно, что в космосе имеются области повышенной радиации. Всех нас защищает от радиации магнитное поле Земли. Оно искривляет траектории заряженных частиц и не позволяет многим из них достигнуть поверхности Земли. Но если космонавт совершает полет на борту космического корабля, то он может оказаться в зоне повышенной радиации, например, при прохождении так называемых радиационных поясов. Ясно, что для безопасности полета космический корабль необходимо по примеру Земли окружить магнитным полем. Но в космос громоздкие и прожорливые электромагниты не возьмешь — на корабле должна находиться компактная сверхпроводящая магнитная система, создающая надежную магнитную защиту.
В космических аппаратах и на автоматических межпланетных станциях найдут себе применение и плазменные двигатели — своеобразные плазменные пушки, из которых можно выстреливать сгустки плазмы со скоростью более 100 км/с. Это в 100 раз быстрее пули и в 10 раз быстрее космической ракеты. Конечно, заставить взлететь с Земли космическую ракету такие двигатели вряд ли смогут: слишком уж мала их тяга. Но взлет — только первая, самая начальная и короткая фаза обычного космического полета. Когда ракета выходит из сферы действия сильных гравитационных полей, даже ничтожно малая сила способна вызвать ускорение. В этих условиях плазменный двигатель сможет сослужить не одну хорошую службу.