"Техника-молодежи" 1969 г №4, с.28-31

Инженер-полковник профессор О. ЧЕМБРОВСКИЙ делает попытку обосновать некоторые явления, которые могут оказаться полезными для создания движителей космических аппаратов.

Возможно ли движение без опоры? ЭКСПЕРИМЕНТЫ, КОТОРЫЕ НАДО ОБЪЯСНИТЬ С. ЖИТОМИРСКИЙ инженер

Шесть лет назад популярные технические журналы (см. «ТМ» № 2 и 3 за 1963 год) обошло сообщение о невероятном изобретении Нормана Дина, который будто бы создал машину, развивающую тягу только за счет внутренних сил, поднимающую себя «за волосы» не хуже барона Мюнхгаузена.

«Кто прав: барон или Ньютон?» — этот шутливый вопрос академика Б. Константинова быстро решился для большинства в пользу великого физика. Время как будто подтвердило правильность выбора. За прошедшие годы ничего не было слышно о Нормане Дине и его аппарате, кроме, пожалуй, того, что аппарат этот вовсе не претендовал на звание безреактивной летательной машины, а предназначался для движения по стальной ленте или для ее протягивания.

Безопорным движителем так же, как и злополучным «перпетуум мобиле», отказано даже в праве на экспертизу. Согласно решению Комитета по делам изобретений и открытий заявки на них просто не принимаются к рассмотрению.

Механика, входящая в физику как составная часть, — прекрасное и стройное здание. Ее простые и ясные законы позволили объяснить столько сложнейших явлений, что кажется нелепым сомневаться в незыблемости ее основных положений.

Но, как говорится, «ничего нет вечного в подлунном мире». Формулировки Ньютона за два века не раз обобщались и уточнялись. Почему бы не допустить, что в одной из таких существенных «поправок» содержится ключ к секрету движения за счет внутренних сил? И вот среди писем в редакцию, посвященных «безопорным движителям», появились солидные «теоретические» труды по «неомеханике», описания опытов, результаты которых якобы необъяснимы с позиций классической физики. Эти опыты очень заинтересовали нас. Совершенно бессмысленно пытаться опровергнуть аксиому с помощью умозрительных выводов, другое дело — экспериментальная проверка ее соответствия действительности. Мы попросили инженера С. Житомирского составить (более или менее объективный) обзор описаний «движителей без опоры».

И еще одна причина побудила нас обратиться к «антиньютоновской» теме. В «Комсомольской правде» (14/XII 1968 г.) была опубликована заметка о необычных машинах пермского инженера В. Толчина — о так называемых «инерцоидах». Движение этих механизмов якобы объяснялось не обычной, а «материалистической» механикой, разработанной изобретателем. Заметка вызвала дружный отклик не только у читателей молодежной газеты, но и у наших подписчиков. Снова возникли споры, разногласия среди «новаторов» и «консерваторов». Через два месяца (8. II. 1969 г.) в той же газете появилась статья доктора технических наук В. Казакевича, ставящая, казалось бы, все точки над «и». Профессор В. Казакевич объяснял действие «инерцоидов» за счет игры сил трения. Этой же точки зрения придерживаются и земляки изобретателя, сотрудники Пермского университета — доктор физико-математических наук И. Шапошников, кандидат физико-математических наук Н. Лебедев, кандидат философских наук В. Асеев и инженер Пермского завода имени Ф. Э. Дзержинского М. Башарин. Они пишут в редакцию, что в «инерцоидах» нет ничего загадочного, их движение без труда объясняется на основании обычной механики (а не «механики Толчина»); если «инерцоиды» — не изолированные системы, они взаимодействуют с опорой или подвесом и с воздухом. Это взаимодействие мало, но его нельзя не учитывать». Однако не все ученые разделяют мнение скептиков. Вот как отзывается об «инерцоидах», например, доктор физико-математических наук М. Протодьяконов: «По-моему, опыты В. Толчина заставляют задуматься о верности некоторых положений механики. Я бы не поверил, что эти опыты осуществимы, если бы не видел их своими глазами...» А кандидат технических наук Г. Сивков прямо заявляет, что лишь «...механика В. Толчина объясняет результаты специальных экспериментов, поставленных автором, совершенно необъяснимых, фантастических, немыслимых и «невозможных» с точки зрения классической механики». Такие разноречивые отзывы лучше всего говорят, насколько интересно и полезно познакомиться с конструкциями «инерцоидов» нашим читателям. В обзоре С. Житомирского машинам В. Толчина уделено довольно много места.

Как же быть с действующими «непонятно каким образом» механизмами? Ведь до сих пор, кроме общих смутных намеков, никто не дал четкого, подтвержденного математическими выкладками объяснения их «сверхъестественного» поведения. И вообще, допустим на миг, что машина, перемещающаяся за счет внутренних сил (в классическом понимании этих слов), возможна. Что же, тогда придется отбросить закон сохранения количества движения и начать переписывать учебники? «Нет, даже при такой ситуации сомневаться в правильности генерального закона физики не приходится, — считает доктор технических наук, профессор О. Чембровский, написавший «послесловие» к обзору, — но вот существенно уточнить его не мешало бы». Этот вывод профессор основывает на довольно стройных, логичных рассуждениях.

Но можно ли согласиться с О. Чембровским? И снова — возможно или невозможно «безопорное движение»? Эти вопросы как раз мы и собираемся обсудить при помощи наших читателей — ученых, инженеров и просто любителей механики.

Рис.1

Пожалуй, поразительнее других опыт инженера В. ЗАЙЦЕВА. Ои сконструировал и построил машину, которую назвал «УИДом» — универсальным импульсным движителем. Аппарат представляет собой раму, внутри которой могут вращаться дебалансы. Устройство механизма показано на рисунке 1. В основу конструкции положено решение: «Дать возможность дебалансам вращаться так, чтобы их центры тяжести не пересекали горизонтальную плоскость, проходящую через центры их вращения».

УИД был изготовлен весной 1965 года и испытывался на даче под Киевом. С помощью карданного вала его подсоединили к двигателю от моторной лодки мощностью в 12 л. с.

Когда двигатель запустили, сообщает В. Зайцев, механизм резко подпрыгнул, прижался к расположенным сверху упорам и висел в таком положении все время работы (около 5 мин.). Причем карданный вал отклонился вверх на угол порядка 15°, а сам УИД весом 14 кг поднялся над рамой на 130 мм.

Результаты опыта представляются мне совершенно невероятными. Насколько я понимаю, карданный вал, даже вращающийся со скоростью 1500 об/мин, не может держать на весу такой груз. К сожалению, мне не удалось увидеть механизм в действии. Как сообщил В. Зайцев, «движитель» сейчас находится в нерабочем состоянии. Киевский инженер собирает 2-й вариант УИДа, более совершенный и, как надеется изобретатель, более эффективный. Ну что ж, подождем, а пока делать какие-либо выводы преждевременно.

Инженер В. ТОЛЧИН ставил перед собой прежде всего теоретические задачи. В конце прошлого года он опубликовал в Перми свою книгу «Основные начала механики в материалистическом понимании». В качестве подтверждения своим умозрительным выводам автор привел схемы необычных механизмов — «инерцоидов». Он изготовил модели этих машин и продемонстрировал их на заседании Московского общества испытателей природы.

Инерцоидов три: «на нити», «на игле» и «на тележке». Модели экспонировались иа Пермской выставке достижений народного хозяйства в октябре 1967 года.

«Инерцоид на нити» (рис. 2) — планка, свободно подвешенная на леске. Планка несет на концах два рычажка с грузами, симметрично вращающимися в одну сторону. Силовая установка — небольшой двигатель, питаемый от батареек, помещенных на планке.

Мотор включается, когда рычаги с грузиками обращены к центру планки, и разгоняет их на протяжении примерно 135° угла поворота. После этого грузы двигаются по инерции, потом тормозятся кратковременным обратным включением двигателя и приходят в исходное положение. Контакт двигателя снова включается, цикл повторяется. Для исключения аэродинамических эффектов «инерцоид» испытывался в вакуумной камере при давлении 50 мм ртутного столба, и это не оказало заметного влияния на его работу.

Рис. 2

«После включения тока, пишет В. Толчин, — грузы приходят во вращение, планка рывками разгоняется и начинает крутиться. Когда ток выключается и грузы останавливаются, планка также замирает. За счет закручивания нити планка, пока разряжаются батарейки (8-10 мин.), подымается вверх на высоту порядка 100 мм, легко преодолевая вес механизма (4,5 кг)».

На мой взгляд, поведение этого механизма вполне объяснимо с позиций классической механики. Действительно, при включении «инерцоида» происходит разгон ротора двигателя и грузов. При этом к планке, естественно, прикладывается реактивный момент, прямо пропорциональный угловому ускорению разгоняющихся деталей и обратно пропорциональный их моментам инерции. Дальнейшее вращение планки — по инерции. Когда двигатель в конце опыта останавливается, обратный реактивный момент, вызванный замедлением вращающихся деталей, тормозит планку.

Достаточен ли реактивный момент, создаваемый импульсом первого разгона, для того чтобы закрутить нить и поднять планку на 130 мм, я не знаю. Без специальных расчетов и исследований тут не обойдешься. Во всяком случае, как мне кажется, закон сохранения момента количества движения при опытах с «инерцоидом на нити» не нарушается.

Гораздо необычнее ведет себя «инерцоид на игле» (рис. 3). По устройству он похож на предыдущий. Кроме другого исполнения подвески, он отличается тем, что имеет два яруса рычагов с грузиками, приводимых попарно независимыми двигателями. Верхние грузики вращаются, как в первой модели. Каждый раз, когда они начинают тормозиться, включаются нижние. Быстро пройдя оборот, они останавливаются в исходном положении и ждут, пока не придет новая команда.

Рис. 3

В. Толчин пишет: «Цель эксперимента с «инерцоидом на игле» заключается в том, чтобы доказать возможность движения с прогрессирующим ускорением. Верхние грузы поддерживают имеющуюся у «инерцоида» скорость, а нижние сообщают траверсе дополнительное периодическое ускорение».

«Инерцоид на игле» разгоняется из состояния покоя с прогрессирующим ускорением. После выключения тока он продолжает вращаться по инерции. Чтобы убедиться, что траверса не отталкивается от иглы, В. Толчин установил прибор на «скамье Жуковского» — круглом столе, поставленном на подшипнике качения. Во время опыта скамья оставалась неподвижной. Такое поведение аппарата противоречит закону сохранения момента количества движения, если оно не вызвано эффектами, которые мы рассмотрим ниже.

Третий механизм — «инерцоид на тележке» — демонстрирует, по словам В. Толчина, «перемещение центра тяжести за счет внутренних сил» (рис. 4). Он выполнен в виде рамы, которая катится на колесах по длинной свободно поставленной тележке. Внутри рамы установлены друг над другом две пары грузиков. Цикл работы этого аппарата напоминает цикл работы «инерцоида на игле», только рычаги грузиков закреплены здесь на сателлитах планетарных передач, которые обкатываются вокруг неподвижных солнечных шестерен. При этом грузы описывают кривую (сдвоенную эпициклоиду), по форме напоминающую сердечко, направленное острой частью в сторону движения модели.

Рис. 4

Опыт проводился так. Сначала по свободной тележке пускали игрушечный заводной автомобиль около килограмма весом. Из-за отдачи платформа откатывалась далеко назад. Потом на тележку ставили «инерцоид» весом 3,2 кг, питавшийся через легкий провод от внешнего источника тока. Когда механизм включали, он начинал двигаться с ускорением; причем тележка, по которой он катился, оставалась неподвижной. Модель проверялась также на площадке, подвешенной на длинных нитях. Отдачи и в этом случае не наблюдалось. Тяговое усилие «инерцоида» измерялось пружинными весами и составляло 300 г.

Как и в предыдущем случае, модель на первый взгляд ведет себя вразрез с законами классической механики, но, чтобы утверждать это с уверенностью, требуются тщательные исследования аппарата, измерения и расчеты возникающих усилий. Возможно, что эти модели действуют по принципу инерционного транспортера: сила, толкающая их вперед, больше силы трения в опорах, а тянущая назад — меньше ее. Если к тому же сила, двигающая механизм вперед, меньше силы трения в колесах тележки, то тележка, по которой он катится, должна стоять на месте (примерно так объясняет действие «инерцоидов» профессор В. Казакевич).

Так или иначе «инерцоиды» В. Толчина всерьез заинтересовали ученых.

Инженер М. ЖАРКОВ сообщил редакции об опытах с тремя моделями.

Модель, названная автором «Малышкой», чрезвычайно проста (рис. 5). К валу небольшого электродвигателя крепится втулочка с двумя пружинками. Если на пути пружинок поставить упор, то, ударяясь в него, они изменят направление движения. Траектория их концов будет напоминать треугольник со скругленными углами.

Рис. 5

При ударе пружинки об упор возникают силы реакции, которые, замыкаясь через корпус двигателя, должны уравновесить систему. Однако «Малышка», по словам М. Жаркова, вела себя не так, «как положено». Во время опытов ее подвешивали к коромыслу и уравновешивали гирькой. Когда включался механизм, коромысло отклонялось. При этом, поворачивая «Малышку» в разные стороны, можно было заставить «весы» показывать уменьшение или прибавление груза около 5 г.

Другое устройство М. Жаркова основано на особенностях поведения жидкости, нагнетаемой в камеру со сжатым газом. Как известно, струя топлива не достигает противоположной стенки цилиндра двигателя, а распыляется. По мнению горьковчанина, в такой системе реактивная сила струи не уравновешивается.

Чтобы проверить свою гипотезу, он еще в 1929 году поставил следующий опыт. На нитях подвешивался длинный полый цилиндр, в который на легкой скользящей посадке входила неподвижная форсунка (рис. 6). Через форсунку плунжерным насосом впрыскивалась жидкость под давлением 700 атм. Согласно законам механики цилиндр должен был отклониться под действием кинетической энергии струи, но при опыте этого не наблюдалось. Однако для того чтобы этот опыт можно было считать убедительным, следовало бы вычислить предполагаемую силу действия струи и измерить чувствительность системы подвески цилиндра, что, к сожалению, не было сделано.

Рис. 6

В третьей системе для получения тяги использовалась подъемная сила крыла, обтекаемого потоком жидкости в закрытом сосуде.

Система состоит из электромотора, полого цилиндра и неподвижного штока, на котором закреплено «крыло» (рис. 7). Цилиндр заполняется водой и приводится во вращение. За счет трения о стенку цилиндра жидкость увлекается в круговое движение.

«Тяговое усилие, развиваемое системой, — пишет автор, — равно расчетной подъемной силе крыла и направлено по оси штока. При экспериментах величина этой свободной внутренней силы проверялась, на весах». (Согласно классической механике жидкость, отброшенная «крылом», должна удариться о дно цилиндра и вызвать уравновешивающую силу.)

Рис. 7

Насколько «чисты» опыты М. Жаркова, сказать трудно, так как для выяснения правильного решения требуется тщательный учет возможных побочных аффектов. Я сам попытался повторить опыт с «Малышкой», но потерпел неудачу. «Малышка» моего изготовления, подвешенная к коромыслу импровизированных крутильных весов, вызывала только симметричные колебания его.

Вот, пожалуй, и все, что сегодня можно сказать об опытах. Как мы видим, ни один из них не убедителен, не доказывает существования «безопорного движения». И это понятно — ведь поставить «чистый» эксперимент здесь чрезвычайно трудно, и всегда существует возможность принять желаемое за достигнутое, неверно истолковать побочные эффекты. Но в то же время нельзя просто отмахнуться от проделанной работы, сославшись на авторитет Ньютона. «Непонятное» поведение механизмов должно быть четко объяснено с точки зрения современной механики. Если же окажется, что оно противоречит механике, то существующую теорию придется уточнять, как это случалось в науке.

Значит, еще одно несостоявшееся «покушение на Ньютона»: «безопорного движения» не было, нет и никогда не будет, и на том поставить точку? Подождем выносить столь суровый приговор, выясним сначала, что мы понимаем под этим движением. Конечно, замкнутая система перемещаться без опоры не может, это неумолимое вето Природы. Но вот в чем загвоздка — «замкнутой системы» в реальности не существует, она — абстракция, выдуманная Галилеем, такая же, как абсолютно жесткий шарик Ньютона или, к примеру, бесконечная прямая Евклида. Любая материальная система, будь то изолированный механизм или просто кусок породы, имеет, образно говоря, бренное «тело» и эфирную «оболочку». «Тело» — это видимая геометрическая форма предмета, «оболочка» — совокупность полей (гравитационных, электростатических, магнитных и других), порожденных веществом предмета. «Замкнутая» система, в материале которой беспрерывно протекают внутренние процессы, щедро излучает корпускулы (любое поле, помимо волновых свойств, обнаруживает еще и корпускулярные) во все стороны, так что суммарная тяга (реакция) от их «истечения» равна нулю. Если же в системе создать условия, которые привели бы к искажению «оболочки», то в каком-либо направлении выносимый корпускулами импульс (энергия поля), а следовательно, и реактивный импульс, воздействующий на систему, окажется большим. Это означает, что в принципе можно создать ракеты, выбрасывающие не вещественно-материальные частички сгоревшего топлива с малыми скоростями (порядка 3000-4000 м/сек), а корпускулы — со скоростью света. Частный случай такого устройства — фотонный звездолет, испускающий субмикрочастицы светового поля — фотоны. По расчетам Е. Зенгера, если экранировать (исказить) световое поле, то при температуре вещества в 150000° К давление на 1 см² «прожектора» будет достигать 1 кг!

При энергичной деформации любого тела изменяется и его «оболочка» — гравитационное поле, поля межатомных н межмолекулярных взаимодействий, а следовательно, появляется дополнительная сила, не учитываемая современной физикой. До сих пор мы толком не можем объяснить кажущееся самоупрочнение брони при ударе снаряда, повышенный расход энергии при страгивании предметов с места и другие подобные явления. Не в асимметрии ли полей ключ к тайне? Рассмотрим, например, удар снаряда о броню. В то время как «передние» молекулы снаряда тормозятся, «задние» продолжают еще двигаться. Очевидно, в этот момент поля «метательного тела» деформируются, импульс корпускул (выбрасываемых вдоль вектора скорости) увеличивается, и создается реактивная сила, которая наряду с силой противодействия брони мешает внедрению снаряда. Если мы правы в своих рассуждениях, то появляется возможность использовать этот эффект в «замкнутой» системе.

Приложим возрастающую силу к рабочему телу. Оно начнет двигаться ускоренно и в то же время непрерывно деформироваться. Теперь уменьшим силу до нуля. Тело (не получив остаточную деформацию) восстановит свой статус-кво. При постоянно действующей силе деформации не будет.

Раз тело деформируется, то будет искажаться и его эфирная «оболочка». (Это можно обнаружить, поместив тело в закрытый контейнер. При условии — упругость материала контейнера должна быть значительно больше упругости рабочего вещества.) Когда сила монотонно возрастает, расстояния между молекулами на линии действия силы постепенно уменьшаются. Наблюдатель, находящийся в точке приложения силы, может замерить частоту излучения поля приближающихся к нему молекул. Эта частота больше той частоты, которую он зарегистрировал бы, если силы не было бы вообще (эффект Доплера!). Законы квантовой механики связывают прямой пропорциональной зависимостью частоту поля и количество движения корпускул, с ним соединенных. Итак, наблюдатель обнаружит увеличение количества движения корпускул. На тело действует дополнительная реактивная сила, величина которой зависит от скорости изменения рабочей силы. Когда сила уменьшается, реактивный выброс корпускул будет направлен в противоположную сторону (частота поля, а следовательно количество движения корпускул, уменьшается).

Даже при пульсирующей нагрузке можно заставить «замкнутую» систему испускать корпускулы преимущественно в одном направлении. Для этого нужно поворачивать рабочее тело на 180° в те моменты, когда сила достигла максимума и пошла на убыль. Другими словами, здесь используется тот же фазовый принцип, что и в электромоторах переменного тока.

В реальных телах механические возмущения распространяются со скоростью звука. Можно доказать, что разность в ускорениях двух участков рабочего тела пропорциональна расстоянию между ними, приращению ускорения в единицу времени (производной от ускорения) и обратно пропорциональна скорости звука. Поэтому реактивную тягу за счет асимметрии поля легче создать в телах с достаточно большими геометрическими размерами и малыми скоростями распространения в них звуковых колебаний. Конструктор должен со вниманием отнестись к высокоупругим материалам и, возможно, к пружинам.

Итак, если нет «классически замкнутых систем», не имеет места и закон сохранения количества движения в его классической формулировке. Формула закона должна быть расширена. В уравнение войдет новый член — проекция суммарного импульса корпускул вдоль направления движения. Физическая природа субмикрочастиц и связанного с ними поля сегодня не совсем ясны, однако это не основание для того, чтобы исключать их из уравнения.

Очевидно, для систем с симметричным полем сумма проекций импульсов корпускул (их количество движения) равна нулю. Такие системы подчиняются «старым» уравнениям, хотя они и не замкнуты в классическом смысле.

Если внутри систем возникают процессы, приводящие к асимметрии поля, начинает действовать «обобщенный» закон сохранения количества движения. (А следовательно, поиски «безопорных движителей» — устройств, перемещающихся «только» за счет внутренних «классических» сил, не так бессмысленны, как это кажется на первый взгляд.)

В космосе нельзя «оттолкнуться». Реактивные (гравитационные, электромагнитные и др.) «безопорные движители» словно специально предназначены для межпланетного пространства. Расходуя небольшое количество ядерного горючего, «движители» смогут развивать постоянную тягу подобно самолетам или вертолетам. Исчезнет понятие «невесомость» как неизбежный спутник космических полетов. Астронавты по своему желанию смогут неподвижно «парить» или стремительно мчаться над планетами в любом направлении, с любой скоростью. Сократится время дальних перелетов (например, до Луны «замкнутая» система доберется «силой волн» за 2-3 часа при непрерывном ускорении в 1 g).

«Безопорное движение» сулит слишком явные выгоды, чтобы пренебрегать любой попыткой овладеть способами деформации полей.