USING ELECTROMAGNETISM APPLICATIONS FOR HUMAN PROTECTION IN INTERPLANETARY FLIGHTS

Full Text

На данный момент человечество всё можно исключить альфа-излучение по при- острее осознаёт важность межпланетных пе- чине его слабой проникающей способности, релётов, следовательно, возникает множество нейтронное, гамма- и рентгеновское излуче- связанных с этим вопросов, главным из кото- ния по причине ничтожной вероятности их рых, несомненно, является защита экипажа воздействий в космосе, в любом случае их космического судна от радиации, ведь люди воздействие будет непродолжительным, а на борту - наиболее ценный ресурс. На сего- значит незначительным. Получаем, что нега- дняшний день не существует рентабельного тивное воздействие на корабль будут в основ- способа защиты корабля от радиации в меж- ном оказывать бета-излучение, а также про- планетных перелётах [1]. тоны и электроны солнечного ветра. Бета-из- В данной статье предлагается обеспе- лучение состоит из электронов и позитронов, чить радиационную защиту космического ап- следовательно, самыми опасными для ко- парата при помощи электромагнитного щита. рабля являются протоны, как более массив- Процесс работы подобного устройства можно ные частицы. сравнить с процессом, вызванным магнито- сферой Земли [2]: так, подобно магнитосфере Условия и методы исследования щит будет способен отклонять траекторию Наши исследования осуществлялись с частиц, направленных на объект, доказатель- использованием программного обеспечения ством этого служит рентгеновская трубка. MathCad, по ходу исследования применялись Прежде всего необходимо определить такие методы исследования как: сбор, форма- против каких частиц будет работать щит. Во лизация информации, аксиоматический ме- время межпланетного перелёта возможно тод, восхождение от абстрактного к конкрет- воздействие таких космических излучений, ному, анализ, аналогия, математическое мо- как альфа-, бета-, нейтронное, гамма-, рентге- делирование. новское и солнечный ветер - поток, состоя- Для проведения любых расчётов по щий из альфа-излучения, протонов и электро- теме, нам необходима привязка к теоретиче- нов [3; 4]. Из списка возможных опасностей скому космическому аппарату. Наш выбор © Кистин И. А., 2019. Кистин Илья Александрович (kistinia@gmail.com), ученик IX класса Академии для одарённых детей (Наяновой), 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 196. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 15 пал на тело эллиптической формы, с макси- R - длина действия поля; мальной шириной в 4 м и высотой в 10 м. � - магнитная постоянная; 0 Выбор обусловлен размерами головного об- m - масса частицы; текателя ракеты-носителя типа Союз [5]. Ψ - плотность материала; При определении конечного вида выра- Ρ - удельное сопротивление. жения использовались общеизвестные фор- мулы константы и уравнения: формула Формула силы Лоренца была записана нахождения силы Лоренца, вектора индук- без определения угла (α) потому, что был при- тивности, площади поверхности эллипсоида, нят максимальный угол падения частиц в 90°, закон Ома, Ампера, магнитная постоянная и следовательно, значение (α) не играет никакой пр. [5]. роли. Радиус катушки всегда одинаковый. Практичнее всего было создать фор- мулы для определения таких параметров, как Результаты и их обсуждение требуемая мощность (1) и масса катушки (2). Для удобства расчётов обе формулы Вы можете видеть итоговые формулы ниже. были перенесены в программу MathCad. В качестве материала катушки -соленоида по 2 (���) ρ2� параметру удельное сопротивление было � = 2 ; (1) (�� ) ��� выбрано серебро. В результате работы в 0 -6 � = 2���10 �, (2) программном обеспечении MathCad были где q - заряд частицы; созданы графики зависимости между вели- v - скорость частицы; чинами формулы, например, графики зави- w - количество витков в катушке; симости величин от числа витков катушки L - длина корабля; (рис. 1-3). r - сопротивление; Рис. 1. Зависимость напряжения от числа витков катушки 16 Авиация и ракетно-космическая техника Рис. 2. Зависимость силы тока от числа витков катушки Рис. 3. Зависимость мощности от числа витков катушки Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 17 Рисунок 4 - Зависимость массы катушки от числа витков Таблица 1 Усреднённые характеристики электромагнитного щита Параметры Р - мощность, кВт I - сила тока, А U - напряжение, В Значения ~ 40-60 ~ 1000-2000 ~ 40-70 На основании полученных данных гра- Заключение фиков было принято решение о введении Результатом исследования явилось со- массы в функциональную зависимость от здание и описание математической модели числа витков катушки, таким образом, масса электромагнитного щита, создание и апро- катушки всегда равна примерно 741 кг бация универсальной формулы для опреде- (рис. 4). Это позволяет нам больше сконцен- ления требуемых мощности, силы тока, трироваться на энергетическом вопросе, к напряжения при работе щита, создание при- тому же, данное значение массы более чем ближённой модели космического аппарата- удовлетворяет требованиям. Теперь масса не носителя щита, определение приблизитель- зависит от вводимых нами параметров. ных, усреднённых характеристик щита, На основании определения различных подбор оптимального источника питания, а зависимостей и построения графиков по ком- главное - разработка и апробация математи- понентам формулы (рис. 1-4), были опреде- ческой модели щита в MathCad. Электро- лены усреднённые параметры и характери- магнитный щит - первый шаг к межпланет- стики математической модели щита, полно- ным перелётам. стью соответствующие нашим условиям, и доступные к реализации (табл. 1). Благодарности Подобные параметры по энергопотреб- Работа выполнена при весомой под- лению нам могут обеспечить ядерный реак- держке научного руководителя проекта - Ал- тор или две площади батарей на космической лина Александра Олеговича. Особую благо- станции. дарность автор выражает идейным 18 Авиация и ракетно-космическая техника вдохновителям работы - руководителям Мо- 2. Бейкер Дж. Физика. 50 идей, о кото- лодёжной аэрокосмической школы Инсти- рых нужно знать. М.: Фантом Пресс, 2016, тута ракетно-космической техники Самар- 208 с. ского университета: Стариновой Ольге Лео- 3. Затц Х. Бог играет невидимыми куби- нардовне и Курочкину Дмитрию Владимиро- ками: физика на грани познаваемого. Минск: вичу. Дискурс, 2018, 288 с. 4. Каку М. Физика будущего. М.: Аль- Литература пина нонфикшн, 2012. 584 с. 1. Перельман Я. Межпланетные путе- 5. Яворский Б. М.; Детлаф А. А. Спра- шествия. М.: Библиотека Роскосмоса, 2017. вочник по физике для инженеров и студентов 306 с. профильных вузов. М.: Наука, 1968. 940 с.

About the authors

Ilya Alexandrovich Kistin

Academy for smart children (Nayanova)

Email: kistinia@gmail.com
Russia, Samara

References

Supplementary files