— запитывают постоянным током сверхпроводящие обмотки возбуждения ротора, при этом предполагается применение высокотемпературных, в пределах 20—-30 °С, сверхпроводящих материалов, чтобы исключить криостатирование обмоток;
— включают дополнительную (стационарную) систему левита
ции, осуществляющую бесконтактный подвес ротора внутри оболочки. ■
Пуск двигателя осуществляют, подавая напряжения на статорные обмотки. Под действием возникающей электромагнитной силы тяги ротор приходит в движение. При достижении скорости V катушки электродинамического подвеса замыкают накоротко. Под влиянием переменного магнитного поля движущихся СПОВ в них возникают вихревые токи, величина которых достаточна для того, чтобы осуществлять в дальнейшем подвес ротора относительно вакуумной оболочки. Стационарная система подвеса отключается.
Особенность предлагаемой ТЛС — создание необходимой величины тяги и обеспечение при этом в режиме саморегуляции бесконтактного взаимодействия ротора с оболочкой на последних трех периодах процесса разгона и движения в атмосфере:
— в диапазоне скоростей от V’ до , когда ротор обладает “положительным” весом, взаимодействие СПОВ с короткозамкнутыми катушками носит характер отталкивания от нижних петель катушек и притяжения к верхним;
— в диапазоне скоростей от Ух до V0 ротор перемещается ближе к верхним петлям катушек; в этом случае СПОВ отталкиваются от верхних и притягиваются к нижним петлям катушек;
— при достижении расчетной скорости F0 освобождаются захваты, удерживающие оболочку от перемещения; ротор, расширяясь, принуждает совершать радиальное движение и оболочку. В этом случае левитационная система осуществляет бесконтактный подвес оболочки относительно ротора.
Такая многофункциональность системы подвеса достигается специальной конфигурацией короткозамкнутых катушек. Необходимые электротехнические расчеты, энергетические, силовые, массовые и другие параметры системы приведены в [III] . В частности, показано, что при окружной скорости ротора, равной первой космической скорости Vx, когда ротор невесом, левитационное усилие электродинамического подвеса предложенной конструкции равно нулю, и система подвеса работает без потерь энергии. Если двигатель и систему подвеса отключить, то при отсутствии аэродинамических и других потерь ротор будет двигаться неограниченно долго. Ротор можно использовать и в качестве эффективного накопителя энергии, для этого в стационарном его положении необходима скорость F$.
Исследуем движение ротора на этапе разгона при самых общих предположениях о его свойствах, тяговых усилиях двигателя и т.д. В качестве физической модели ротора принимаем кольцеобразный стержень, расположенный коаксиально внутри вакуумной оболочки и равномерно нагруженный продольными тяговыми усилиями от секции линейного электродвигателя. Масса ротора Мр, его радиус R — экваториальный радиус Земли, момент инерции относительно оси вращения ротора Jz = MpR . Главный момент тяговых усилий относительно оси Z:
Mz-%qR~QR ,
где q — тяговое усилие от одной секции двигателя, Q = 2 q — суммарное тяговое усилие.
Движение ротора рассматривается по отношению к двум системам отсчета с общим началом в центре масс Земли 0. Действием окружающих небесных тел — Солнца, Луны и т.д. пренебрегаем. Перемещение точки 0 не влияет на процесс разгона ротора, поэтому точку 0 полагаем неподвижной.
В системе 0XYZ оси неподвижны; ось Z направлена вдоль оси вращения Земли и ротора, оси X, У расположены в плоскости экватора. Движение ротора по отношению к этой системе абсолютное.
В системе 0Хх Y\ZX оси Хх, Ух расположены также в экваториальной плоскости и вращаются вокруг совпадающих осей Z и Zx с угловой скоростью соз Земли. Движение ротора вместе с этой системой переносное, а по отношению к ней — относительное.
В период разгона рассмотрим движение ротора относительно эстакады, неподвижной по отношению системы 0XlYiZli т.е. относительную часть движения. В момент окончания разгона, начала радиального движения ротора и последующем его движении рассмотрим также абсолютное движение. Между скоростями точек ротора существует соотношение
У = у + v
где Уа — абсолютная скорость, Ve = co3R = 0,46 км/с — переносная скорость и Уг—~ относительная скорости точек ротора, В момент окончания разгона Уа = У0, где V0 — начальная абсолютная скорость на этапе подъема ротора к орбите.