Elektryczność z wybuchu: projekt pilotażowy Instytutu Mechaniki Akademii Nauk Chińskiej Republiki Ludowej
Zakład pilotażowy. Wskazano główne elementy i zespoły. Zdjęcie Instytut Mechaniki Akademii Nauk Chińskiej Republiki Ludowej
Chińskie organizacje naukowe kontynuują badania w dziedzinie energii i oferują różnego rodzaju nowe koncepcje. Tak więc niedawno dowiedział się o opracowaniu i pomyślnym przetestowaniu eksperymentalnego zespołu prądotwórczego zdolnego do odbioru impulsu elektrycznego z energii wybuchu i sprężonego gazu. W trakcie badań laboratoryjnych potwierdzono działanie tego urządzenia i wykazano wystarczająco wysokie parametry. Niewykluczone, że kierunek ten będzie się rozwijał, w wyniku czego powstaną instalacje nadające się do pełnoprawnej pracy w różnych dziedzinach.
Udane eksperymenty
Opracowaniem nowego zespołu prądotwórczego zajmują się naukowcy z Pekińskiego Instytutu Mechaniki Chińskiej Akademii Nauk, na czele którego stoi Zhang Xiaoyuan. Do tej pory stworzyli oryginalną koncepcję i ustalili wygląd takiego urządzenia. Produkowano również aparaturę eksperymentalną wykorzystywaną w testach. Wyniki działań zostały ujawnione w artykule dla chińskiego Journal of Theoretical and Applied Mechanics, opublikowanym w połowie stycznia.
Układ doświadczalny został stworzony na podstawie doświadczeń z poprzednich badań. Wykorzystuje niektóre gotowe komponenty, a także specjalnie zaprojektowane zespoły. Produkt jest stacjonarny i jest używany wyłącznie w warunkach laboratoryjnych.
W ramach badań udało się potwierdzić podstawową sprawność instalacji. Ponadto w miarę trwania projektu określano cechy produktu i możliwości ich udoskonalenia. Podaje się, że w ostatnich testach instalacja wytworzyła 10 razy więcej energii niż na początku eksperymentów.
Autorzy projektu planują dalsze badania i rozwój koncepcji oraz sposobów jej realizacji. W przyszłości chcą stworzyć podobne zespoły prądotwórcze nadające się do praktycznego wdrożenia. Zakłada się, że takie systemy mogą być stosowane w różnych obszarach, w których wymagany jest krótki impuls elektryczny o dużej mocy.
Holowany laser bojowy opracowany przez Chiny, 2021 r. Na takim sprzęcie można również zastosować kompaktowy generator „wybuchowy”. Kadr z reportażu t/k CCTV7
Instalacje tego rodzaju nadają się do wykorzystania w różnych eksperymentach naukowych, na przykład w syntezie jądrowej. Niewielkie źródło zasilania może być używane do sygnałów o niebezpieczeństwie. Zagraniczna prasa, która zwróciła uwagę na raport z eksperymentów, wskazuje również na fundamentalną możliwość wojskowego zastosowania nowego rozwiązania. W szczególności taki generator może dostarczać energię do laserów bojowych.
Prototyp
Instytut Mechaniki opublikował zdjęcie układu eksperymentalnego i ujawnił podstawowe zasady jego działania. Parametry uzyskane w najbardziej udanych testach są również nazwane. Zasady działania są dość proste, jednak ich realizacja wymagała komponentów o szczególnych właściwościach wytrzymałościowych i określonych funkcjach.
Oficjalne zdjęcie przedstawia instalację, na którą składa się kilka elementów. W jednej linii umieszczona jest cylindryczna komora rurowa do realizacji wybuchu i późniejszych procesów (oznaczona na zdjęciu jako „rurka uderzeniowa”), tzw. generator magnetohydrodynamiczny (magnes) i komora próżniowa (zbiornik próżniowy). Urządzenia pomiarowe są podłączone do urządzeń. Generator jest podłączony do obciążenia testowego. Z oczywistych względów instalacja ma specyficzny wygląd, wskazujący na jej eksperymentalny charakter.
Czynnik roboczy w postaci obojętnego gazowego argonu pompowany jest do komory „rury uderzeniowej”. W rurze umieszczane jest również źródło energii - w eksperymentach wybuchowa mieszanina wodoru i tlenu, tzw. wybuchowy gaz. Przeciwnie, w komorze próżniowej powstaje próżnia, dzięki której wzrasta różnica ciśnień w obwodach instalacji.
Aby wygenerować impuls elektryczny, instalacja zapala wybuchową mieszaninę gazów. Produkty spalania detonującego gazu wytwarzają wysokie ciśnienie w komorze, przekazują energię cieplną do argonu i zmuszają go do przepływu do innych objętości instalacji. Pod wpływem temperatury, ciśnienia i konfiguracji wewnętrznych kanałów rur, gaz obojętny rozwija prędkość hipersoniczną, a także jest podgrzewany do stanu plazmy.
Laser bojowy, widok z góry. Kadr z reportażu t/k CCTV7
Plazma argonowa wchodzi do generatora magnetohydrodynamicznego, który usuwa z niej nadmiar energii. Otrzymana energia jest przetwarzana na prąd elektryczny i dostarczana do przyrządów pomiarowych i obciążenia testowego. Argon, który powrócił do swojego normalnego stanu gazowego, kończy swoją podróż w jednej z komór instalacji.
Jednym z głównych zadań projektu było poszukiwanie optymalnych konfiguracji objętości wewnętrznych, źródeł energii, płynu roboczego itp. Odpowiednie połączenie wszystkich komponentów i rozwiązań pozwoliło na zwiększenie mocy wyjściowej energii otrzymywanej z plazmy. Jak informowaliśmy, zadania te zostały na ogół rozwiązane.
Układ doświadczalny w ostatniej konfiguracji daje argonowi prędkość rzędu 14 M. Przy takim natężeniu przepływu 1 litr gazu jest w stanie wytworzyć impuls elektryczny o mocy 212 kW. Jednak wytworzenie elektryczności trwa tylko ułamek sekundy – podczas gdy plazma przechodzi przez generator i przekazuje mu swoją energię.
Do różnych zadań
Projekt Instytutu Mechaniki Chińskiej Akademii Nauk cieszy się dużym zainteresowaniem, przynajmniej z punktu widzenia nauki i techniki. Zaproponowano i pomyślnie wdrożono ciekawą zasadę uzyskiwania silnego impulsu elektrycznego - aczkolwiek w warunkach laboratoryjnych. Testowanie i uzyskiwanie znacznego wzrostu wydajności wskazuje na pewien potencjał dla tego rozwoju. Ponadto można już szukać obszarów jej zastosowania, nawet na poziomie teoretycznym.
Twórcy proponują wykorzystanie zaawansowanego obiektu i jego przyszłych analogów do celów naukowych, gdzie wymagana jest duża energia w jak najkrótszym czasie. W tej roli nowy generator typów może zastąpić popularne systemy typów. W takim przypadku możliwe jest zwiększenie gabarytów, wagi i kosztów eksploatacji instalacji. Ponadto niewątpliwą zaletą jest jak najszybsze przygotowanie do wygenerowania nowego impulsu bez konieczności długiego gromadzenia energii.
Wszystkie atuty nowej elektrowni mogą zostać zaimplementowane w sferze militarnej. Jak zauważa prasa zagraniczna, może być stosowany jako część bojowych systemów laserowych lub innej broni opartej na nowych zasadach. Całkiem możliwe, że taka możliwość wykorzystania nowej technologii jest już przynajmniej badana przez wojskowych specjalistów.
Przypuszczalnie doświadczone działo szynowe na chińskim okręcie desantowym, 2018 r. Fot. Arstechnica.net
Pokazana próbka laboratoryjna ma ograniczone wymiary i nie można wykluczyć, że w przyszłości ulegną one dalszemu zmniejszeniu. Umożliwi to montaż instalacji na platformach mobilnych. Pokazana moc ponad 200 kW jest więcej niż wystarczająca do zasilania laserów, dział elektromagnetycznych, dział kolejowych itp. z wysoką sprawnością bojową.
Instalacja musi przynosić korzyści ekonomiczne. Wykorzystuje dostępne paliwo i płyn roboczy, co zmniejsza ewentualne koszty eksploatacji. Jednocześnie każdy impuls i „strzał” na jego koszt okazuje się dość tani.
Możliwa jest dalsza optymalizacja projektu i jego charakterystyki z uwzględnieniem różnych wymagań. Tak więc nowoczesne lasery bojowe, wykazujące dobre właściwości bojowe, mają moc 10-50 kW. Pozwala to na zmniejszenie wymaganej mocy generatora, a jednocześnie na jej zmniejszenie i odciążenie oraz obniżenie kosztów eksploatacji.
Należy przypomnieć, że Chiny aktywnie angażują się w rozwój bojowych systemów laserowych i innej broni opartej na nowych zasadach. Niektóre produkty tego rodzaju zostały już oficjalnie zademonstrowane publiczności. Dalszy rozwój tego obszaru jest bezpośrednio związany z rozwojem nowych technologii i zależy od powodzenia tego procesu. W szczególności potrzebne są nowe systemy zaopatrzenia w energię. Nie wiadomo, jak dokładnie rozwiązano ten problem. Ale w tej dziedzinie mogą znaleźć zastosowanie różnorodne rozwiązania, m.in. nowej technologii z Instytutu Mechaniki.
Technologie o podwójnym przeznaczeniu
Jak informowaliśmy, do tej pory eksperymentalny zespół prądotwórczy instytutu mechaniki przeszedł testy i potwierdza cechy konstrukcyjne. W przyszłości można to poprawić, optymalizując konstrukcję lub zwiększając główne parametry. Ponadto należy spodziewać się procesu dostosowania projektu do praktycznego zastosowania.
Według twórców niezwykły generator będzie musiał zostać wykorzystany w dziedzinach naukowych i cywilnych. Jednocześnie nowa technologia może i powinna znaleźć zastosowanie w dziedzinie zaawansowanej broni. Całkiem możliwe, że jest już przystosowana do użycia w różnego rodzaju systemach walki – ale tego typu informacje nie podlegają jeszcze publikacji.
informacja