电磁场产生器和产生电磁场的方法

US10135366B2

发明人:萨瓦托· 派斯

现任专利所有权人:美国海军部长

 

 

摘要

 

电磁场产生器包括下列零部件:外壳、静电产生器、发电机组、热传导发电机和电动马达。外壳内嵌有带极性的多晶铁电陶瓷材料。这种陶瓷材料具有强压电效应,从而引发高频振动。外壳还可以掺杂放射性元素,让外壳在高频振动的时候发出伽马射线。安装在外壳内的静电产生器用于对外壳进行充电。安装在球体内的发电机组可以用来产生热能。热传导发电机是用于将发电机组产生的热能转化为电能,进而驱动电动马达。电动马达让外壳以高角速度旋转并且高频振动,进而产生电磁场。

 

描述

 

政府利益声明

本文所述的发明可由美利坚合众国政府基于公务用途製造和使用,而且从过去到未来都无需支付任何使用授权费。

 

发明背景

迄今为止,超过10万颗以上有潜在危险的小行星(近地天体)会经过地球轨道。目前科学家们只收录并且跟踪其中的11,000颗。假以时日,小行星就会一次又一次地撞击地球。因此,我们需要一种有效的方法来抵挡或摧毁这些带有潜在威胁的小行星。

 

目前有几种改变小行星运行轨道的方法。第一种是静电牵引,也就是在太空梭和小行星上面各自安装一个连续电压源(两个都是2万伏特)并且利用电源产生的静电场缓缓吸引或推开小行星。第二种方法是重力牵引,也就是把太空梭停靠在小行星附近,让太空梭的引力影响小行星的运行轨道。第三种方法是使用静电牵引外加地球磁场,让小行星更加偏离转原本的运行轨道。第四种方法是朝小行星发射白色漆弹。白色可以提升小行星的光反射率/光动量,也就是利用太阳辐射推开小行星。另外还有人提出用动能改变小行星的运行轨道。这种方法是让一台大型太空梭飞向小行星的切向轨迹然后以10公里/秒的相对速度撞击小行星。小行星的角动量增加之后就会旋转然后偏离原本的轨道。虽然核弹也可以摧毁来袭的小行星,但是核爆可能让小行星分裂成碎片而且会造成辐射污染。

 

上述的方法只适用于平均直径约100米的 “迷你小行星”。这些方法也需要大量的时间才能达到预期的结果(10到20年)。使用太空梭撞击则不能保证瞄准精度和后续效果。

 

世界上有四种控制物质,也就是控制能量的基本力。这四种已知的基本力是强核力、弱核力、电磁力和重力。在这四种基本力当中,电磁力可以影响其他三者。静电荷可以变成电(静电)场。移动的电荷可以产生电场和磁场(电磁场)。加速电荷可以产生横波的电磁辐射,也就是光。在数学和物理领域,电磁场强度可以表示为电场强度和磁场强度的乘积。 电磁场可以是能量和动量的载体,因此可以在最根本的层面和其他物理现象互动。(我们可以利用电磁力弹开飞往地球的小行星)

 

人工产生的高能电磁场与真空能量场(量子波动场域疊加形成的聚集/集合状态)之间有强烈的交互作用。这种交互作用是一种新兴的物理现象。换句话说,它可以在物理学界掀起一波革命,甚至促成力场和物质场的统一场理论。根据量子场理论,场之间的强作用是基于场之间的振动能量传递机制。

 

我们身边一切的人事物,包括我们自己都是一种量子力场波动、振动、震盪的宏观集合体。在某些条件下(例如让带电系统进行和超高速绕轴旋转和超高频振动),量子场域的某些特殊效应也可以适用在宏观物理领域。闪电就是一种宏观量子现象。风暴云内数百万冰粒碰撞产生了可观的电荷。电荷产生的电磁场又会与真空能量场产生局部交互作用。古典电磁场(风暴云的1亿伏特电压和快速气流)与量子场疊加引发的真空能量场之间极强的交互作用可以解释闪电的物理现象。

 

结合超高速迴旋(绕轴旋转)和超高频振动的电动力学有助于实现的物理学方面的突破,例如力场和物质场的统一场理论以及把量子真空电浆(一部分的真空能量场)变成一种能量来源或能量储存槽。林登詹森太空中心的研发工程团队已经深入探索过这种人为物理现象的科技可行性。他们透过量子真空电浆物理学的原理和高频射频/微波研发射频共振空腔推进器。

 

 

总结

 

本发明是一种电磁场产生器和一种产生电磁场的方法。

 

本发明是一种电磁场产生器。电磁场产生器包括下列零部件:外壳、静电产生器、发电机组、热传导发电机和电动马达。外壳内嵌有带极性的多晶铁电陶瓷材料。这种陶瓷材料具有强压电效应,从而引发高频振动。。安装在外壳内的静电产生器用于对外壳进行充电。安装在球体内的发电机组可以用来产生热能。热传导发电机是用于将发电机组产生的热能转化为电能,进而驱动电动马达。电动马达让外壳以高角速度旋转并且高频振动,进而产生电磁场。

 

本发明的特点是提供一种方法和装置,用来抵挡或破坏可能会撞上地球碰撞的大型近地星体。本发明也可以抵挡或破坏其他类型的物体。

 

本发明的特征是提供一种用来生成防御护盾的方法和装置。这种坚不可摧的护盾可以保护海、陆以及天基军事和民用资产不受诸如反舰弹道导弹、回避雷达的巡弋飞弹、反装甲顶攻飞弹之类的威胁。防御护盾也可以抵销日冕物质抛射的影响或保护保护重要的军事卫星不被天基反卫星武器摧毁。此外,本发明的机电原理可以用来设计新型的能源产生机器。这种新机器的输出功率可以远远远高过目前利用既有方式的发电设备。我们可以打个比方来帮助大家理解本发明如何产生能量护盾。想像一把镀铝的帆布伞。这把伞被快速旋转并且连续 “搏动”(先把伞全部打开然后快速且连续地稍稍把伞收起来)。我们让伞快速开阖的同时用可携式的直流电源让帆布带电。这把带电的帆布伞可以轻易弹开射向伞的箭矢或弩箭。这是因为帆布伞拥有快速旋转和脉动造成的动量;帆布的电磁场也可以形成额外的防护力。

 

图纸

 

本发明的特点、原理和优点将会透过下列的描述、附加的专利申请范围和图纸进行更详细的解说:

图1是电磁场产生器的横截面侧视图

 

图2是电磁场产生器的横截面底视图

 

图3是电磁场产生器的横断面侧视图

 

图4是电磁场产生器(利用碟型外壳)的横截面侧视图

 

 

描述

 

本发明的较佳实施例会透过下列的实例以及图1-4进行说明。高能电磁场产生器包括外壳、静电产生器、球床核反应炉(发电机组)、热传导发电机和电动马达。外壳内嵌有多晶铁电陶瓷材料。陶瓷材料经过极化处理,因而具有强压电特性。这种材料通电之后会产生高频振动。外壳的压电振动频率要错开系统骨架的自然谐振频率,以免机器共振影响结构完整性甚至导致机器毁损。安装在外壳内的静电产生器用来对外壳施加电荷。在外壳内的球床核分裂反应炉用于产生热能。热传导发电机将球床核分裂反应炉产生的热能转换为电能并且驱动电动马达。电动马达也会输出电压到外壳,让外壳以高角速度旋转,以高频率振动,并产生电磁场。

 

本发明可以在宇宙空间、海洋或陆地环境中使用。然而,本发明可用于任何需要使用电磁场产生器的环境。

 

外壳可以是球形、半球形或碟盘状。图1和图2当中的球形外壳可用于宇宙空间(天基系统)。图3当中的半球形外壳可以在海上使用(海基平台)。图4当中的碟状外壳可以在陆地上使用(陆基平台)。如图1和图2所示,核卵石床反应堆、热传导发电机和电动马达在天基平台中采用环状配置。

按照本发明的概念,机器可以产生1024瓦特/平方米(或更高)的超高电磁场强度(单位面积能量流动率)。另外,陆基和海基平台可以利用特别设计的几何配置(从外壳中伸出的尖锐的端部突起)外加结合将压电效应与梅斯堡效应(外壳的高频振荡/振动引起的无反衝伽马射线发射)产生一个电浆旋涡护盾。电浆旋涡护盾可以大幅强化机器产生的电磁场,进而提升电磁防护罩的防御力。

 

外壳还可以嵌入放射性元素,让外壳进行高频振动的时候产生高能伽马射线。外壳可由嵌入在铝基体内的环氧树脂陶瓷复合材料制成。嵌入到外壳内的晶体模块是多晶铁电陶瓷材料。在较佳实施例中,该陶瓷材料是经过极化处理的锆钛酸铅。机器运转的时候,来自电动马达的电压施加到锆钛酸铅晶体模块上,导致外壳开始振动。外壳的振动进一步使晶体模块因为压电效应输出电压。为了获得最佳效果,外壳内部可以乾燥的纯化六氟化硫或氮气以及二氧化碳的混合气体加压至约20巴。

 

如图1所示,当本发明使用球形外壳或安装在天基平台的时候,电磁场产生器的所有零部件都要安装在外壳内部,以免零部件受到由于外壳表面高压静电场影响。全部的电磁能量通量密度都会被引导到外壳的外侧,让系统可以用最大的电磁线动量密度阻挡物体。例如但不限于飞往地球的小行星或任何类型的射弹。

 

如图1和图2所示,球形外壳还可以包括充当支撑结构,用来放置在球形外壳内的所有零部件。支撑结构可使用低摩擦轴承组装,让支撑结构与球面外壳内的所有零部件一起在球面外壳内旋转。电动马达透过驱动轴将机械动力传递给直接连接到球面外壳内部的十字形支撑框架。在较佳实施例中,由于球形外壳带高电荷,支杆框架要用高强度的非导电材料製作,例如石墨烯和碳纳米管或碳强化石墨环氧树脂复合材料。然而支撑框架也可以用其他可行的材料製作。添加剂制造技术也可以用来製造支撑结构。

 

在本发明的另一个实施例中,球形外壳的陶瓷-铝复合材料可以掺有放射性元素,但不限于钴-57、铁-57或其他可行的放射性金属。放射性金属可以让外壳在高频振动的时候引发梅斯堡效应(伽马射线的无反衝发射)。本实施例还可以使用半球形外壳和碟盘外壳。

 

本发明采用球形外壳或安装在天基平台的时候还可以加装辅助推进装置(没画在图纸上),让护盾装置前往出现威胁的区域。辅助推进装置可以是化学推进装置、核能推进装置或其他可行的推进装置。辅助推进装置要安装在法拉第笼里面。由于天基平台没有装置可以抵消旋转外壳产生的扭矩,它在外太空运转的时候会像旋转的陀螺一样曲线平移(角动量守恒引起的位移)。

 

辅助推进装置可以利用这种运动来进行操纵。在另一个实施例中(没画在图纸上),球形外壳可以设计成两个旋转方向相反的半球体,消除天基平台宇宙空间中的位移。

 

如图3和图4所示,在如前所述的较佳实施例中,半球形外壳和碟盘外壳可以向外延伸出尖锐的点状突起或尖刺。当机器运转的时候,突起物或尖刺的紧邻区域内的空气受到强大的静电应力,进而开始电离。装置产生的电磁场使电离空气加速,从而产生电晕(电子和离子)风场。当中性空气进入电离区域之后,电晕风场就会进一步地增强。电离空气和中性空气混合之后开始旋转,形成一个电浆旋风并且在外壳形成一个额外的防护罩。在陆基和海基平台上,核电机组可以用燃气涡轮发电机代替。然而,在所有实施例中,本发明可以使用任何实际可行的发电机组。

 

静电产生器建议是珠链式静电加速器,也可以是改进型的范德格拉夫起电机。如果使用珠链式静电加速器,充电带要换成由金属颗粒或由绝缘链接的金属板组成的链子,金属板运转过程中会电场而带电。

 

量子真空电浆是电浆宇宙的电子黏胶。卡西米尔效应、兰姆位移和自发辐射都可以证明量子真空电浆存在。 电磁场最强的的区域当中,物质跟量子真空电浆的互动越多,量子真空电浆粒子就越容易进入现实世界(从电子和正电子的狄拉克之海)并且形成更高的能量密度。量子真空电浆可以增强高能电磁场产生器的能量等级并且进行能量通量增强。

 

量子真空电浆会在系统周围形成了一个额外的防御层,增强护盾的防护效果(虽然这些 “虚拟 ”粒子的作用时间很短,但是它们真的可以和现实世界互动)。系统在运作的时候,系统产生的高能电磁场与真空能量场(所有量子场波动疊加的聚合状态)产生强交互作用并且扰局部的时空。真空能量密度来自量子真空-零点波动、量子高能动力学中的胶子和夸克凝聚体、新发现的希格斯场(高达的1260亿电子伏特)以及其他尚未发现的场(由超对称性产生)。

 

本系统所达到的最大强度的主要物理公式是由坡印廷向量的大小来描述的。我们可以用相对论的形式(用相对论电动力学/电磁场理论推导)写成:

 

S max =f G γ 2(σ2/ε0)[R r ω+R v ν+v R]  (公式 1)

 

fG代表几何形状系数(碟盘外壳是1、球形外壳是⅔、半球形外壳为⅙)。γ是相对论拉伸系数 。

σ代表表面电荷密度(总电荷除以表面积)。ε0为自由空间的电容率,Rr代表旋转半径。ω代表旋转的角频率(单位为弧度每秒)。Rv代表振动(谐波振荡)振幅。ν代表振动的角频率(单位为赫兹)。vR代表曲线平移速度(透过加装在系统上的推进装置获得。如果系统没有加装抵销扭距的装置,系统本身会产生类似旋转陀螺的曲线运动)。假设我们让一个一个球型外壳在不受限制的情况下旋转,σ=50000库仑/平方公尺。球型外壳(迴旋/绕轴旋转)的半径为2米,角速度为30000转/分,我们可以产生1024瓦特/平方米的电磁场强度(Smax=单位面积能量流动率)(这个值不造成任何量子真空电浆交互作用)。如果我们让球形外壳同时高速旋转和高频振动(突然的搏动/谐波振荡),振动频率在109至1018赫兹(以上),我们可以得到1024至1028瓦特/平方公尺(以上)的Smax强度。这种超强电磁场可以抵挡飞往地球的小行星。

 

如果我们忽略旋转和曲线平移的情况下加快振动的角频率(max=Rvν2),公式1就会变成(注意角振动加速度的内在意义):

 

S max =f G γ 2(σ2/ε0)[(R vν2)top]  (公式 2)

 

Top代表带电系统的加速运行时间。我们在实验室环境中可以实现与高能量子真空场的波动疊加(宏观真空能状态)的局部强交互作用。做法是让些微带电的物体进行超高速迴旋和超高频振动。这种方式可以实现高度的真空能量极化。

 

由于普通物质和量子真空电浆体/真空能量场在外壳表面附近的表现出极强的交互作用(尺度是普朗克长度),本发明可以实现力场和物质场的统一。 一旦带电系统同时进行超高速绕轴旋转(自旋)和超高频振动(谐波振荡/搏动),就会引发这些交互作用。

 

到目前为止,保护地球免受小行星撞击或空爆流星的方法是动能撞击器。假设动能撞击器的质量大约是103公斤,而阿波菲斯(一个潜在危险的已知小行星)约为1010公斤。根据线性动量守恒,我们可以写出下列公式:

 

(M A +M KI)Δv=k(M KI)(u KI)  (公式3)

 

Δv代表撞击器撞击小行星之后的偏转速度。uKI代表动能撞击器和小行星之间的相对速度。k代表撞击系数(假设撞击效果是100%,撞击係数就是1)。假设uKI的标称值为10 km/s,偏转速度就是0.001 m/s。如果使用的设备是高能电磁场产生系统,公式3的右侧就会变成[((Smax/c2)VolS]。c代表自由空间中的光速。假设Smax值为1024瓦/平方公尺。系统体积(VolS)为103立方公尺,小行星的偏转速度就会变成1m/s。任务效率足足提高了1000倍。

 

生成超高强度电磁场的方法包括向嵌入多晶铁电陶瓷材料的外壳充电,使该材料具有强压电效应特性,从而诱导高频振动,产生热能,将热能转换为电能,并通过电能使带电的外壳旋转,从而产生电磁场。

 

本发明搭载在天基平台的时候是采用球形外壳(如图1和图2所示)。所有的子系统都被安装在球形外壳内,因此出不受外壳表面的静电场影响(外壳内部的电场E内部为零)。整个电磁(EM)能量通量密度(单位面积外壳的能量流的时间变化率)都是向外的。这个最大线性动量电磁场可以阻挡飞往地球的杀手级小行星。

 

最大的线动量密度是最大电磁强度除以光速的平方(Smax/c2)。系统仍然可以对小行星(或其他来袭的威胁)造成相当大的推力(因为S=1024瓦/平方公尺)。一旦带电物质进行受控的加速运动(最好是加速自旋和/或加速振动),就可能产生这种高强度的电磁能量通量(S)值。2015年,本发明人在《国际太空科学与工程期刊》发表一篇通过同行评审,题为 《高能电磁场产生器 》的论文。如图1和2所示,在较佳实施例中,高能电磁场产生器的主要部件都安置在球形外壳的内部。两个高电荷静电产生器(将球型外壳快速充电至最佳运行状态);核裂变球床反应炉作为主要热源;热传导发电机将反应炉产生的热能转换为高速电动马达所需的电能,同时供电给直流电源。直流电源供电给静电产生器,并且让嵌入铝基体复合外壳中的锆钛酸铅晶体进行压电效应和产生机械振动。电动马达让连接球形外壳的十字形支杆结构进行高角速度旋转。一个集成的子系统-绝缘支撑结构101可用于安装所有高能电磁场产生器的子系统。它透过低摩擦轴承球面外壳连结并且一起旋转。本发明不加装抵销扭力的装置,因为扭力可以在Smax公式中提供曲线平移速度。

 

天基平台需要加装化学火箭或核能辅助推进装置(没画在图纸中)。辅助推进装置把护盾系统引导至接近小行星(或其他来自外太空的威胁)的位置,从而使高能电磁场产生器发挥完整的防御效果。该装置需要用法拉第笼封装。由于天基平台没有装置可以抵消旋转外壳产生的扭力,天基平台会像旋转的陀螺一样弧形平移(角动量守恒产生的位移)。辅助推进装置可以利用这种曲线运动进行移动。另外可以两个旋转方向相反的半球形外壳组成球面外壳,从而抵销系统在与宇宙空间中的位移。两组静电产生器是珠链型的,也就改良版的范德格拉夫起电机。机器内的起电带改成用绝缘尼龙链连结的金属颗粒(或金属板)链条。金属板在电场中会带电荷。比起使用范德格拉夫起电机,5万伏特的直流电加上珠链式静电产生器可以产生超过3000万伏特。为了达到最佳的充电效果,球形外壳的内部必须用乾燥的纯化六氟化硫或氮气和二氧化碳的混合气体(80%的N2和20%的CO2)将外壳加压至20巴。电脑快速成型和3D列印之类的先进增层製造法可以让静电产生器和起电机实现模组化和小型化。

 

为热传导发电机提供热能的核分裂反应炉是一种球床反应炉,球床反应炉的燃料是网球大小的铀球(9克的铀238)。反应炉的机身采用小型、模组化而且安全的小型紧凑封装。这是一种经过验证而且成熟的核能发电技术。它可以提供100万至1000万瓦的功率。输出功率取决于系统需要的电磁场强度。球床反应炉是用氦气冷却的封闭式系统。它利用子系统排出氦气吸收的过多热量然后让氦气循环回到球床反应炉。球床反应炉加热过的氦气透过涡轮(没画在图纸上)和驱动轴带动热传导发电机涡轮。

 

一台高速变频电动马达透过驱动轴向球形外壳结构内部的十字支撑框架提供机械动力。由于球形外壳具有高压电荷,支撑框架的製作材料必须是高强度的非导电材料。例如石墨烯和碳纳米管或碳强化石墨环氧树脂复合材料组成的紧密网络。支撑框架可以用增层製造法来製作。

 

在较佳实施例中,球形外壳是在铝基体中嵌入环氧树脂-陶瓷粉末(C-PLY碳纤维增强材料)。这种组合既具有铝的高导电性,又具有环氧树脂-陶瓷复合材料的高电容性。电荷(Q)是电容(C)和电压(V)的乘积,为了避免因电击穿引起的电晕放电(当本发明搭载在地基平台的时候),乾燥空气中的电场必须保持在3×106 伏特/公尺以下(在宇宙的真空环境当中,容许值可以到106 伏特/公尺)。为了产生超高电荷,系统必须使用超大容量的电容。如果外壳是100的球形,我们可以用C=4πε0εrR计算。R代表球体半径。ε0代表自由空间的电容率。εr代表相对电容率。如果有C-PLY碳增强材料,相对电容率可以达到1018。

 

为了善用球状反应炉产生的超高能量,球型外壳要嵌入多晶铁电陶瓷材料(锆钛酸铅)。这种材料经过极化处理,因此具有强压电特性。一旦直流电源对锆钛酸铅晶体模块施加电压,球形外壳就会开始振动,进一步增强晶体在自然谐振频率输出的电压。晶体的振动频率务必要错开外壳/结构框架的共振频率,以免损害系统的结构完整性。球形外壳的陶瓷-铝复合材料可以进一步添加如钴-57或铁-57之类的放射性金属元素。放射性金属可能诱发梅斯堡效应,也就是伽马射线(高能光子)的无反衝发射。梅斯堡效应将把系统产生的电磁能量强度放大到更大的数值(高能光子携带相对论动量)。根据D.A.BD.A.A.Brady等人在美国航空航太联合推进会议发表的论文利用射频测试装置产生不寻常的推进力,用低推力扭摆进行测量。2014-4029射频/微波驱动的振荡源也可以产生梅斯堡效应(如果这种震盪源可以产生更好的压电效应,可以改用这种震盪源。

 

在本发明的较佳实施例当中, “a ”“an ”“the ” and “said ”代表发明有一种以上的组件。组成、包括、有,代表可能有额外的组件。

 

虽然本发明透过某些较佳实施例的大量细节进行说明,其他的实施例也是可能的。因此,附加的专利申请范围应该不限于申请书当中描述的较佳实施例。

 

 

申请范围

 

1. 电磁场产生器包括下列零部件:外壳、静电产生器、发电机组、热传导发电机和电动马达。外壳内嵌有带极性的多晶铁电陶瓷材料。这种陶瓷材料具有强压电效应,从而引发高频振动。外壳还可以掺杂放射性元素,让外壳在高频振动的时候发出伽马射线。安装在外壳内的静电产生器用于对外壳进行充电。安装在球体内的发电机组可以用来产生热能。热传导发电机是用于将发电机组产生的热能转化为电能,进而驱动电动马达。电动马达让外壳以高角速度旋转并且高频振动,进而产生电磁场。

2. 申请范围1的装置其中使用球形外壳。

3. 在申请范围2当中的高能电磁场产生器包括两个静电产生器。

4. 在申请范围3当中,两个静电产生器、发电机组、热传导发电机和电动马达被安状在球形外壳内。

5. 在申请范围3当中,外壳还可以嵌入的放射性元件,让外壳在高频振动的时候产生高能伽马射线。

6. 在申请范围1当中,外壳为半球形。

7. 在申请范围6当中,外壳还可以嵌入放射性元素,这让外壳在高频振动的时候产生高能伽马射线。

8. 在申请范围7当中,外壳可以加装延伸突起物,让突起物周围的空气受到静电应力而开始电离。

9. 在申请范围1当中,外壳也可是碟盘结构。

10. 在申请范围9当中,外壳可以加装延伸突起物,让突起物周围的空气受到静电应力而开始电离。

11. 在申请范围9当中,外壳还可以嵌入的放射性元件,让外壳在高频振动的时候产生高能伽马射线。

12. 一种产生超高强度电磁场的方法如下: 对嵌有多晶铁电陶瓷材料的外壳施加电荷。由于陶瓷材料具有强压电特性,通电之后会产生高频振动。振动会生成热能。热能再转换为电能。利用电能带动有电荷的外壳旋转,从而产生电磁场。

 

原文:

https://patents.google.com/patent/US10135366B2/en?inventor=Salvatore+Pais

 

翻译:Patrick Shih

 

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本文出处网址:  https://www.igag.ga/2020/06/06/20200606-01/

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