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러시아 연방 특허청의 우주 빔 병기 발명 제안 특허 번역 ─ 추가

Кузнецов Кузнецов 2392

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재밌어보이는 특허가 있기에 그 일부를 한번 재미로 사력을 다해 번역해보았습니다. 두 번째로 제대로 번역해보는 특허네요..



2014-05-08: 미번역한 나머지 부분을 90프로정도 번역완료했습니다





러시아 연방 특허 제 2279624 번 ─ 《전자-역학적 포탄, 전자-역학적 포탄을 위한 포 및 가속을 위한 방법》

발명자: 블라디미르 스테파노비치 니키틴
특허권자: 블라디미르 스테파노비치 니키틴

특허 출원일: 2004년 9월 4일
특허 효력일: 2004년 9월 4일
특허 공개일: 2006년 10월 7일




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발명은 빔 무기와 <중략>.. 에 관련이 있다. 이 장치는 특별한 전자공학적 장치와 MPK N 05 N 1/00 - 특수 전자기술에 대응될 수 있는 것으로 구성된다.

알려진 레이저 무기는, 적을 고출력 에너지 빔으로 타격하여 물체에 가열 및 파괴 효과를 가져온다. 이것은 고정밀성을 갖추지만, 대기권과 특수 에어로졸 수단에 의해 매우 약화된다.

알려진 전자기 무기는, 대상을 고주파장 에너지로 타격하여 주로 물체를 가열시키는 효과를 얻거나, 고강도 전자기 유도로 유도하여 물체의 파괴를 일으키는 것이다. 그러나, 이러한 무기는 낮은 지향성을 가진다.

알려진 포병 무기는, 포사체를 발사하여 내부의 폭약으로 피해를 입힌다. 이들은 포사체를 2-3000m/s 이상으로 발사할 수 없으며 멀어지는 우주 목표를 파괴할 수 없다.

적을 포사체로 타격하는 알려진 전자기포는, 포사체를 8-10km/s 로 사출하지만, 과하게 거대한 크기를 가진다. 다양한 수준의 전자기포는 구조적으로 다르지만, 전자기장으로 포사체를 가속하는 잘 알려진 원리를 사용하며, 초고속 포사체의 가속으로 폭발물 없이 대상을 파괴한다.

초장거리 전자기 포병시스템 아이디어는 1915년 19세기 러시아 물리학자 V.야콥에 의해 발명 (《TM》1984년 № 3, 1987년 № 5 를 보라) 된 러시아 엔지니어 포돌스키와 얌폴스키가 선형 전기모터의 원리를 사용하여 제안하였다. 이들은 짝을 이루는 코일 인덕턴스를 가진 50m 총신의 자기가속포 프로젝트를 만들었다. 이것은 전기 포사체의 속도를 915m/s 로 가속시켰고 300km 를 날았다. 이들의 시험은 적당한 때가 아닌 탓에 기각되었다. 다음 해, 프랑스 파숀과 빌레플레는 포병시스템 유사체를 제안하였고, 테스트에서 모델은 50g 의 포사체를 200m/s 로 가속시켰다. 발명가들은 장거리 전자기포는 통상적이며, 더하여 이 총신이 지속적인 사격에서 고온 추진 가스와 중량 강선 포사체의 급격한 이동으로 인한 과열과 파괴가 없을 것이라 강조하였다. 그러나 회의론자들은 이러한 장비가 수 개의 트러스로 고정되는 200m 이상의 장포신이 필요할 것이고, 지평선상으로 몇 도의 각도만을 조절할 수 있다고 지적하였다. 그리고, 이러한 포병시스템에 필요한 에너지를 공급하는 데에는 전기발전소가 필요했다. 이것 이외의 또다른 이유들로 인해, 전자기포는 거부당하였다.

전자기 투사 시스템 실험은 제 2차 세계대전 이후에나 재개되었다. 미국에서 방사능 폐기물 컨테이너를 궤도 올려놓기 위한 실험적 전자기 장치가 만들어졌다. 이 장비는 100m 의 포신 길이를 가지고 있었고, 수평으로 30도 위로 향하고 있었다. 전자기 장비는 6개의 가속 단계를 가지고 있었고, 직경 139mm 의 4kg 페이로드를 가속시키기 위해 설계되었다. 직경 750mm 의 400kg 페이로드를 발사하기 위한 10단계 장비가 개발되었다. 전자기 투사 장비는 파이프 기둥, 인덕터, 궤도 포사체, 광-섬유 정찰 및 통신 시스템, 전력 공급 시스템을 갖추었다.

영구 사마륨-코발트 자석을 기반으로 한 자기 시스템을 갖춘 알려진 전자기 플라즈마 포가 있다. <중략>.. 두 강철 판 사이에는, 영구 자석이 있다. 포사체 역할의 판 사이의 간격은 와이어로 고정된다. 전류 펄스가 흘러 와이어를 폭발시키면, 폭발은 자석 사이의 자기장 갭을 밀어낸다. ((자석의) 재료는 imlab.narod.ru/index.html 를 참조하라)

60년대, 소비에트 연방에서 텅스텐 혹은 몰리브덴과 같은 중금속 입자를 대기권 내에서 25km/s, 진공에서 66km/s 로 사출시킬 수 있는 실험 무기가 개발되었다. 무기는 로켓방어에 사용될 것이었다. 1990년대 초반, 미국은 대기권 30km 고도의 탄두를 파괴할 수 있는 이러한 지상기반 포들을 시험하였다. 포의 높은 비용은 대량 공격에서 보조하는 고속발사, 저가 유도 미사일의 도움으로 상쇄될 수 있었다. 800g 의 포사체 투사 속도는 2.8km/s 였다. 다양한 외국 전문가들은 이러한 포가 2.7-3.2kg 질량의 유도 포사체를 35km/s 속도로 3-5000km 거리까지 사출할 수 있으리라 믿었다. 따라서 포신 대신 사용되는 레일의 길이는, 몇몇 미국 회사가 1990년 우주 기반 전자기포를 개발하고 시험한 것을 바탕으로 하면 45m 일 것이다 (이들의 치수는 《셔틀》 에 맞다). 고밀도 플라즈마 입자 0.1g 을 사용하는 40km/s 속도의 포사체는 - 로켓 탄두가 예상 지점에 탄착하기 전에 파괴할 수 있었다. (러시아 연방 국방부 로켓-우주군 사이트 http://pro-pko.narod.ru/index.htm 를 참조하라)

알려진 《레일건》 형식의 전자기포 제작은 각각 다른 전위차를 가진 두 개의 《레일》 이 위치한다. 전도성 포사체 (혹은 꼬리 부분 예를 들어, 포사체 후미부의 플라즈마 구름) 는 레일 사이에 위치하고 전기 회로를 닫는다. 전류는 발사체가 로렌츠 힘에 의해 가속되는 상호 작용을 일으키는 자기장을 생성한다. 수백만 암페어의 전류는 포사체를 10^5 g 의 가속도로 사출시킬 수 있는 수백 킬로가우스의 장을 생성할 수 있다. 포사체의 속도는 10-40km/s 에 달할 것이고, 100-300m 길이의 레일이 요구된다. 이러한 무기의 포사체는, 약 1kg 의 질량을 가진다. 20km/s 속도에서 TNT 20kg 의 폭발력과 동일한 10^8 J 의 운동에너지를 가진다. 이러한 포의 프로토타입은 2-10g 질량의 포사체를 5-10km/s 의 속도로 발사한다.

전자기포 설계의 주요한 문제점 중 하나는 보통 단극 발전기가 제안되는 고출력 전류 펄스 생성원의 개발이다. 현재 단극 발전기는 1g 의 자가 무게에서 10J 의 에너지를 생성한다. (《러시아 대령의 SOI의 눈》, 출판센터 TsSP 《조국의 베테랑》, 《메가트론》 을 참조하라)

고에너지 입자 (수소 원자의 전자, 양성자 또는 중성자) 로 대상을 파괴하는 알려진 빔 무기는, 선형 가속기에 의해 가속된다.

알려진 다양한 종류의 전자 원형가속기와 마그네트론이 있다. 원형 가속기는 구조적으로 저밀도 전자 흐름을 사출하도록 되어 있다. 회전하는 고밀도 전자 링의 형성 원리는 마그네트론에 적용되어있다. 5MW 펄스와 120-150kW 의 지속적 방사 능력을 가진 마그네트론 제작 경험이 있다.

《마그네트론》 은 1921년 미국 물리학자 A.헐 에 의해 소개되었다. 마그네트론에 의한 전자기파 생성은 1924년 체코슬로바키아 물리학자 A.자체크에 의해 밝혀지고 특허 등록되었다. 전력 증가시 진동 생성 문제는 1936-37년 소련 공학자 N.F.알렉세예프와 D.E.말랴로프에 의해 해결되었다. 이들은 공진기 시리즈를 담고 있는 대량의 구리 블럭 애노드의 적용으로 마그네트론의 출력을 2배 증가시켰다. <하략>..

마그네트론에서 캐노드와 애노드 사이 공간에서의 전자는 3가지 장에 의해 움직인다: 일정한 전기장, 일정한 자기장, 마이크로웨이브 전기장 (공진 시스템). 전자가 원형 방향으로 이동할 때, 애노드 전압 에너지 소스는 전자의 운동 에너지로 변환된다. 일정한 자기장을 받아, 캐소드 축으로 진행하여, 전자의 진행방향이 바뀐다: 이들의 반경방향 속도는 접선 수직 반경이 된다. 이로 인해, 회전 전자 구름이 형성된다.

전자 빔이 고주파장의 방향으로 가속되는 공동 공진기가 부착된 알려진 고주파 자유 전자 선형 가속기는 마그네트론과 반대이다.

빔 무기는 최소 소립자와 중성 원자를 타격 수단으로 사용하는 것이 있다. 빔의 각각의 소립자는 레이저 빔의 광자에 비해 백만배 더 많은 에너지를 전달하는 것으로 알려져 있다. (아인슈타인 방정식에 따라 거의 같은 속도에서 소립자와 광자 간의 질량 비율에 따른 차이이다.) 그러므로 이들 소립자의 파괴적 에너지는 강력하다. 레이저 빔이 단지 첫 번째 외벽에 구멍을 낼 동안 이들은 목표를 더 깊숙히 관통할 수 있고 내부에 위치한 장비들에 상당한 손상을 가할 수 있다. 소립자 빔이 목표에 접촉했을 때 안쪽 물질로 관통하고 이들을 지나갈 수 있다 (혹은 이것에 의해 흡수된다). 각각의 소립자는 물질의 전자와 충돌하면서 운동에너지를 상실한다. 소립자 운동 방향에서 손실된 에너지는 열로 전환된다. 소립자 빔과 목표가 접촉한 지점의 온도는 극적으로 상승하고, 목표 물질은 녹거나 파괴된다. 연구 초기 단계에서, 대기의 하전 입자의 확산과 관련된 많은 문제들이 잔존한다. 예를 들어, 실험은 소립자가 손실한 에너지가 빔 근처의 공기를 가열하는 것을 보여주었다. 이는 공기를 이온화시키며, 방대한 양의 양전하 원자와 자유 전자를 생성한다. 쿨롱 법칙에 따르면, 같은 극으로 대전된 입자 (전자 빔 등) 은 빔 주변의 양으로 대전된 원자의 이온화 층을 강하게 도와 서로를 밀어낸다. 링 모양으로 되고 뒤엉킨 긴 빔의 결과로, 때때로 완전히 파괴된다. 이러한 무기를 만들 때의 주요 문제점은 - 중성 입자의 사출이다. (수소 원자 등). 하전입자 빔은 효과적으로 가속할 수 있지만, 중성 원자는 전자기장에 거의 노출되지 않는다. 1.25MW 펄스로 수소 이온을 클라이스트론 선형 가속기로 가속하는 미국 장비가 알려져있다. 하전 이온 빔은 중성화 포일을 통과한다. 1989년 7월, BEAR 실험 도중 우주에서 처음으로 로켓에 달린 중성 입자 빔 시험이 수행되었다. 장비는 이온 제네레이터 (영국 연구소 제작), 전자장비, 사중극자 고주파, 중성 소립자와 고체 전력 공급기로 구성되어 있었다.

에너지 절약과 빔 지향은 레이저 빔과 같은 수단으로 대기 내의 희박한 공기에서 예비 "펀칭" 채널에 의해 제공되기로 되어 있다. 그래서, 회사 《산디아》 과학자들은 초강력 레이저를 사용하였다. 테스트는 1.5m 길이의 챔버에서 수행되었다. 실험에서 빔 안정성과 전달 효율성 (입력 전류와 출력 전류의 비) 은 80% 를 달성하였다. 전자 빔의 직경은 1.5MV 전압에서 0.3cm 에서 6.0cm 로 변하였다. 회사 전문가들은 빔이 장거리를 주파할 동안 효율성 값이 일정할 것이라 믿었다. 이는 항공모함에 대한 PKR 공격 방호에 적용 될 전자 빔 사출을 위한 채널 생성 방법이다.

이 실험에 사용된 장비는 오픈 소스에서는 상세히 언급되어있지는 않으나, 작업에 대한 설명으로 판단할 때 카메라, 전자 소스, 전자 가속기, 자외선 레이저, 수신기, 계측 장비를 가졌을 것이다. 레이저 펄스 후 펀칭 레이저 채널로 지향하는 전자 빔 생성 작업에 전자 소스와 가속기가 포함된다. 이 실험에 사용된 장비들은 발명이 제안하는 것과 가장 비슷하며, 프로토타입이 고려될 수 있다. 장비에서, 가속 장비에서 방출되는 선형 전자 빔과 이를 목표에 타격하는 것은 단순한 혹은 선형 전자-역학적 포사체로 생각될 수 있다.

프로토타입의 잘 알려진 선형 입자 빔의 다양한 에너지 전달 방법의 단점은 장거리에서의 빔의 분산이다. 이 알려진 에너지 전달 모델의 문제는 분명히 해결되지 않았다. 그러므로 장거리에서 에너지 펄스를 전달하는 근본적으로 새로운 방법이 요구된다.

본 발명의 목적은 빔 무기의 위력과 정확도의 향상이다.

목적은 레이저 빔으로 가속되거나 수정되는 레이저 빔 가속과 차후 궤적 수정의 전자로 만들어진 물체 - 전자-역학적 포사체가 역학적으로 안정되게 구조적으로 조직되는 특수 포의 형성을 달성하는 것이다.

발명은 첫째로 구조적으로 안정되게 조직된 전자 빔을 사용한다. <하략>..

즉, 선형 전자 빔이 아닌, 예를 들어, 닫힌 토로이달 모양 전자 빔의 조직이다. 이것의 구조는 흡연자에게서 볼 수 있는 잘 알려진 연기의 보텍스 링과 유사하다. <하략>..

토로이드 보텍스 구조는 상당한 내성을 가지고 있고 다량의 에너지를 흡수할 수 있다. 토로이달 전자 구조를 만들수 있다. 이 경우 그들은 그들의 구조를 보존하기 위한 자기장에 의해 안정화될 것이다.

상대성 이론 장은 하전입자의 속도가 광속에 가까워지면, <중략>.. 그들 장의 장력은 E (II) = e(1-V^2/C^2)/R^2 에 따라 감소한다. (L.D.란다우, E.M. 리프쉬츠 이론 장, 1988) "나는 움직이는 전하의 전기장은, 이동 방향으로 납작해질 것이라고 확실히 말할 수 있다." 그리고 더하여, "주어진 거리에서 고속으로 이동하는 전기장은 단지 적도면 근처의 좁은 각범위와는 상당히 다를 것이다..." (p. 129-130)

고속 전자 링에서, 디스크처럼 납작해진 이들의 장은, 회전하는 전자 구조에서 전자들의 상호 전기적 반발력을 피하고, 전자 운동의 방향에서 전자들의 고선속밀도가 달성된다. 고밀도 링의 고유 자기장의 결과는 반경 방향의 전자 링의 본체를 압축하는 핀치 효과를 이끌어낸다 (아르치모비치 L.A. 기초 플라즈마 물리학, M.:3. izd. 1969년). 핀치에서 진공에 존재하는 정돈된 전자 링 구조는 베넷 비율에 영향이 없으며, 고로 플라즈마, 임의 운동 소립자가 없고 정연한 것만이 존재한다. 이는 금속의 전자 밀도와 비교하였을 때 매우 높은 전자 선속밀도를 가능케 한다.

급격히 회전하는 토로이달 구조 안정화 링은 토러스 원주 내외부의 전자선속 움직임을 평행하게 하는 데에 기여한다. 이러한 전류의 움직임은 토러스 중심부를 조이며 (독립적으로 평행하게 높인 전류 튜브의 자기 끌림에 대한 암페어 법칙의 결과) 자기 끌림 원심력에 대항하는 전기역학적 힘의 형성을 촉진한다.

안정된 저밀도 전자 물체는 화염구처럼 관측된다. 이 주위는 이온화된 공기의 코로나 방전으로 둘러싸여 있으며 발광하는 공의 형태로 관측된다. 진공에서, 고밀도 전자로 조직된 물체는 전자기복사 양자들에 불투명하여 검게 보일 것이며, 대기 상층부에서 고속으로 움직일 때 이들은 자신들의 표면에 입사한 희박한 가스의 이온화로 인해 빛날 것이다.

고정된 양자화 원형 궤도로 움직일 때, 제멋대로 커질수 있으며, 전자는 전자기 에너지를 방출하지 않는다. 만일 이렇게 된다면, 링은 안정될 것이다. 링의 전자는 양자화 궤도에 위치할 것이고 방사는 중단될 것이다.

전자는 아광속으로 흩어질 것이다. 이러한 속도로 회전하는 고밀도 전자 링은 적은 무게와 강대한 운동에너지를 가질 것이다. 표 1은 금속 내의 전자 부피 밀도와 거의 비슷한 링의 전자 밀도와 고속의 상대론적 효과의 영향으로 질량이 증가된 것으로 계산된 전자가 제공하는 다양한 크기의 전자 링 형태의 전자역학적 포사체의 질량과 에너지 소비 계산 결과를 보여준다.

표를 보면, 100mm 직경과 1mm 의 두께를 가지는 고밀도 전자 링은 6kg의 TNT 의 폭발과 동일한 에너지를 가지고 있다. 직경이 50m 인 링은, 가장 강력한 수소폭탄이 방출하는 에너지보다 10배 더 많은 에너지를 전달할 수 있다. 링 № 1의 질량은 마이크로그램이며, 링 № 5의 질량은 약 90kg 이다.

소질량의 전자-역학적 탄은 선형 가속 레이저 빔에 의해 효과적으로 사용될 수 있다. 빛으로 알려진 미립자의 흐름은, 광압을 가지고 있다. 그리고 이들은 그들의 에너지를 줌으로써 물체에 강한 압력을 제공할 수 있다. 일반적으로 많은 로켓을 위한 광자 엔진과 특히 전자-역학적 포탄 프로젝트가 알려져 있지만, 레이저 빔은 사용되지 않는다. 무한 길이 작용을 가지는 레이저 빔은 다양한 목적의 선형 가속 포탄을 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 포탄에 충분한 운동량을 전달하는 레이저는 길이가 40-80m 에 이르는 크고 무거운 레일과 전자기적 발사기에 비해 가속에 더 쉽고, 가볍고, 더 작다. 모든 가능성에서, 이 방법은 전통적인 포사체 사출 방법을 대체하거나 보강할 수 있다.

강대한 에너지를 소비하는 저중량 전자-역학적 포사체는 우주 목표 파괴 수단으로써 사용될 수 있다.

플라즈마 포사체 0.1을 40km/s 로 가속시키는 데 필요한 플라즈마 포의 에너지 (80 kJ) 는, 링 № 1 을 1600km/s 의 속도로 가속시키에 충분하다. 이 전자-역학적 포사체는 TNT 6kg 과 동일한 에너지를 목표에 전달한다. 동일한 에너지에서 링 № 2 는 80km/s 의 속도로 가속될 수 있다. 이 포사체의 에너지는 TNT 11톤과 동일하다.

전자-역학적 포사체의 주요 손상 효과는 원자핵 근처에서 궤도를 가지는 모든 물질의 전자를 양성자가 전자 포획함으로써 목표 물질의 중성화를 유발하는 것이다. 대규모 전자 충격 영향 가능성에서 이러한 과정은 가능성이 있다. 이것은 목표 물질 원자의 붕괴나 분리를 유발할 수 있다. 중성자 생성은, 차례대로, 직접적인 전자 충격에 따른 중성화를 겪지 않은 다른 목표 물질의 원자들에게 핵분열을 일으킬 것이다. 그러므로, 중성화 반응과 목표 물질의 분열을 일으키는 전자-역학적 포사체에 노출되었을 때, 포사체를 운반하는 것보다 더 큰 에너지가 방출될 것이다. 이는 강력한 중성자 흐름을 형성할 것이다. 근본적으로 고밀도 전자 링을 어떤 목표에 타격하는 것은 작은 핵폭발을 유발할 것이다. 중성화 과정에 포함되지 않은 전자는 목표 물질을 증발, 이온화하는, 고에너지 X-선을 포함하는 감마선 방출을 동반하는 가열을 보조할 것이다. 이는 목표의 파괴에 기여할 것이다. 그러므로, 전자-역학적 포사체는 우주 속도에 도달하는 속도로 이동하는 고방호 및 고기동 목표를 타격하는데 사용할 수 있다.

또 다른 장점은, 공식 4에 설명한 것 처럼 레이저 빔을 통한 전자역학적 포사체의 궤적 제어 및 수정 가능성이다.

그러므로, 공식 1에 따라 현존하는 빔 무기 형태에서 사용되는 알려진 선형 전자 빔과는 상당히 다른 새로운 종류의 포사체를 선언하였다.

공식 2에 따르면, <중략>.. 전자-역학적 포사체의 형성과 가속을 위한 새로운 방법을 선언하였다. 발명 방법은 종래의 기술과는 다르다:

1. 자기장은 전자 빔을 비틀고 회전 전자 구름 (링) 을 형성하는데에 사용된다.
2. 그리고 다양한 자기장 과 (혹은) 전자기장의 사용은 전자 궤적의 움직임을 설명된 공식 1 에 따라 압축하고 조직한다.
3. 동시에 혹은 순차적으로 형성된 전자-역학 포사체를 자기장과 (또는) 전자기장과 레이저 빔으로, 아니면 단지 레이저 빔 만으로 사출한다.

이러한 작용의 결과로, 토로이달 형태의 전자-역학적 포사체는 주장 1에 설명한 대로 형성된다. 토로이드 내의 링 주변을 둘러싼 비틀림은  와인딩 코일을 가지는 솔레노이드 사출기를 제공한다 (주장 5 참조). <중략>.. 링 주변 지역 전자들은 후에 낮은 속도로 사출될 것이다. 전자 링의 원형-축 및 공전 (원형) 운동은 형성된 전자-역학적 포사체의 윤곽을 따라 토로이달 나선 내의 소용돌이 전자, 동역학적으로 변화하는 토로이달 자기장을 형성한다. <하략>..

주장 2에 따르면, 이들의 조합은 새로운 효과를 준다 - 전자-역학적 포사체와 근본적으로 새로운 차이.

제 3항에 의하여 포사체의 가속은 포사체의 바닥을 조준하고 있는 포사체의 단면적과 비슷한 직경의 연속 레이저 빔 혹은 원형 단면 레이저 빔에 의해 수행되는 전자-역학적 포사체의 가속으로 특징되는 바닥 위치에서의 충격력으로 구성된 방법에 의해 제공되며, 빔의 운동에너지는 포사체의 운동에너지로 전환된다.

토로이달 포사체에서의 전자 운동은 고유한 특징을 지닌다. 예를 들어, 만일 이것의 외주가 포사체 운동의 방향에 대해 반대일 때, 내주의 움직임은 발사체의 이동 방향과 일치한다. (그러나 회전 방향은 반대일 수 있다). 포사체의 에너지를 유지하기 위하여, 레이저 빔은 오직 바닥 면에만 적용될 것이며, 전자의 운동 방향은 포사체의 운동 방향과 일치한다. 이 방법은 레이저 빔의 직경과 포사체의 직경이 거의 비슷할 때 포사체 가속에 쓰인다. <중략>.. 빔 원형 단면은 레이저 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

레이저 빔의 구경보다 상당히 거대한 직경의 포사체의 가속을 위해, 주장 4 공식에 따른 포사체 가속 및 제어 방법이 사용된다. 제 4항에서 제 2의 항의 특징:

1. 포사체의 가속과 제어는 최소 하나 이상의 레이저 빔이 원형 경로 혹은 포사체 바닥 부분에 빠지거나 각각의 빔이 거의 전자의 운동방향과 거의 비슷하거나 같은 방향이 되도록 포사체의 바닥 부위를 스캔함으로써 수행되며 각각의 빔의 운동에너지는 포사체의 운동에너지로 전환된다.

2. 포사체 운동 방향의 변경을 위해 각각의 빔이 포사체 바닥 부분을 스캐닝하여 회전을 가속하거나 감속하는 것은 자이로 효과에 기반하여 포사체의 궤적을 원하는 방향으로 수정할 수 있다.

이 방법은 레이저 빔의 직경을 훨씬 뛰어넘는 수 미터의 직경을 가진 대형 전자-역학적 포사체의 가속과 제어에 사용될 수 있다. 추적 시스템은 포사체 위치를 모니터링하고 바닥 위치를 스캔한다. <하략>..

만일 발사체의 궤적 수정이 필요하다면 강력한 힘이 링의 적절한 부분에 충격을 주고, 링은 의도한 방향으로 회전할 것이다. 힘의 효과는 자이로스코프 효과에 의해 수행된다.

주장 2,3, 그리고 4의 방법은 기존에 제안된 기술적 솔루션들과는 다르며, 따라서 새로운 것이다.

주장 5에 따라 전자-역학적 포사체의 발사와 주장 2, 3의 방법을 위한 포가 선언되었다. 포는 원통, 원뿔, 타원형 또는 기타 형태의 챔버 내에 위치하는 전력 공급기, 레이저와 동체를 포함한다.

포는 아래의 특징을 지닌다: <중략>..

1-6의 차이와 그것들의 조합은 새로운 것이며 이전에 전자-역학적 포사체의 발사에 사용되지 않는 포의 설계이다.

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Fig.1 은 레이저 빔에 의해 가속되는 전자-역학적 포사체의 고리 단면을 보여준다.

Fig.2 은 전자-역학적 포사체 발사를 위한 포 장비를 보여준다.

Fig.3 은 포의 편향 솔레노이드 (코일) 를 보여준다.

Fig.4 은 포의 집중 솔레노이드(코일) 의 구조를 보여준다.

Fig.5 은 나선형 와인딩 사출 솔레노이드 (코일) 의 구조를 보여준다.

Fig.6 은 링 형성 및 펌핑 단계에서의 원형 전자 구름과 챔버 단면을 보여준다.

Fig.7 은 포 내에서 토로이달 전자-역학적 포사체의 형성 과정을 보여준다. 문자는 발사의 각기 다른 단계를 나타낸다: A) - 전자 링의 형성과 펌핑, B) - 토로이달 전자역학적 포사체의 형성과 사출, C) - 전자역학적 포사체의 원형 레이저 빔 가속 과정.

이해를 돕기 위해, 전자-역학적 포사체에 대한 이해를 돕기 위해, 전자-역학적 포사체의 발사를 위한 방법과 포에 대해 알아볼 것이다.

전자-역학적 포사체를 보여주는 Fig.1 과 이동하는 전자로 형성된 하나의 토로이달 보텍스 링 1 이 나타나있다. 포사체는 레이저 빔 2 에 의해 가속되며, 이 레이저 빔 2는 포사체의 바닥 부분에 토로이드 내부의 전자 운동 방향 (휜 화살표) 에 가깝거나 유사한 방향으로 주로 작용하여 가속하게 된다. Fig.1 에서 이 부분은 내부 링과 토로이달 포사체의 링 평균 반지름 사이에 위치한다. 포사체 1 의 궤적을 제어할 때 빔 2 는 자이로스코프 효과에 기반하여 포사체의 어떤 부분에 작용할 것이다.

Fig.2 에서는 전자-역학적 포사체 발사를 위한 포를 보여준다. 동체 3, 링 챔버 4, 챔버 4 내부와 동체 3 외부를 덮는 세라믹 절연체 5, 중심부 전극 6, 링 전극 7, 편향 코일 8, 집중 코일 9, 사출 코일 10, 추적 및 제어 레이저 빔 11 로 구성되어 있다. 사출 코일 10 과 중앙 전극은 레이저 빔 2 가 통과할 중앙 채널 12를 가지고 있다. 챔버 위쪽 부분 노즐 13 으로 포사체가 사출된다.

코일 (솔레노이드, 전자석) 의 구조는 Fig.3-5 에 나타나 있다. 편향 코일 8 (Fig.3) 은 챔버 4 내부의 링 내의 소용돌이 전자를 회전시키고, 사출될 때 링을 압축시키기 위한 자기장을 형성키 위해 설계되었다. 편향 솔레노이드 (코일, 전자석) 은 원통 혹은 원뿔 모양, 또는 중심부가 뚫린 기타 다른 모양을 띌 수 있으며, 상하 챔버 양 끝단에 전력 공급기를 연결한다. <하략>..

집중 코일 9 (Fig.4) 펌핑 및 사출된 전자 구름의 회전을 유지시킨다. 유지 및 집중 솔레노이드 (솔레노이드, 전자석) 은 링 또는 원형 세그먼트 형태를 띈다. <하략>..

부력 코일 10 의 형상은 Fig.5 에 나타나 있다. 이것은 나선 와인딩 형태를 띄고 있으며, 중간에 레이저 빔 개구를 가진다.

Fig.6 은 챔버 4 의 내부를 보여준다. 애노드로서 작용하는 중앙 전극 6 은 링 챔버 4 중앙에 위치한다. 전자총의 형태를 띄는 전자 소스 및 가속기 14 는 링 챔버 4 의 외주에 위치한다.

모든 Fig.6 은 이를 보여준다: 회전하는 전자 링 15, 전자 구름 (혹은 링) 에서 전자 궤적 16, 전기장 방향 17.

포는 아래와 같이 작동한다.

편향 코일 8 이 에너지를 얻으면, 챔버 1 내에 자기장을 생성한다. 코일은 기계의 각도축에 따라 배열되며, 생성 자기장은 기계 중심으로 갈수록 강도가 감소한다.

강력한 전자 총과 같은 전자 소스 14 (fig.6) 에서 전자가 방출되고 이들은 반지름 혹은 접선 방향으로 챔버 4의 중심으로 직행한다. 전자 가속은 두 단계로 수행된다. 전자의 흐름 생성과 예비 가속은 전자빔 총 14 에 의해 수행되며, 차후의 방출은 중심에 위치한 양전하를 띄는 전극 6과 링 끝에 있는 음전하 전극 7에 의해 위치하는 실린더 챔버 4의 구형 전기장에서 이루어진다. 자연적으로, 이러한 내부 구조는 세라믹 재료와 같은 것으로 전기적 절연이 되어야 한다.

편향 코일 8에 의해 생성된 자기장은 전자를 중심의 전극 6 주위를 회전하게 한다. 이 상태에서, 링 15의 전자는 나선형 궤적 16 을 따라 이동한다. 그리고 자기장과 전기장 사이의 비율, 중심 전극 6의 양전압을 조절하여 전자 링의 밀도를 증가시킨다. 즉, 전자는 애노드 6에 도달하지 않고 전자 고리 15 에 생성된 원형 회전 경로를 따라 회전한다. <중략>.. 따라서 방출된 전자는 전자 고리의 저항을 극복하고 전자 집중 증가가 이루어질만큼 충분히 가속되어야 한다. 추가 압축 링은 기계 중앙으로 갈수록 강도가 감소하는 편향 코일 8 자기장을 제공한다. 전자가 그들에게 작용하는 원심력에 의해 링 주변을 돌때, 자기 및 전기장 효과를 극복하고자 한다.

자기장의 특정 전자 밀도 임계값에 다다르면 전자 링은 핀치 효과에 의해 강력해진다. 자기 압축 링은 전자 간의 정전기적 반발력을 막을 수 있다. 그로 인해 압축 링의 형성의 첫 단계를 보장하는 추가적인 자기 및 전기장 압축은 중요하다. 링이 핀치 효과에 다다르면, 안정될 것이다.

이 총의 설계는 단순한 원자 궤도 내의 전자 회전 과정을 모방한 것이다. 중심 전극의 전기장은 양전하로 대전되지만, 중심으로 떨어지지는 않는다. 이들의 속도에 따른 원심력이 궤도를 안정된 궤도를 안정화하기 때문이다. 고정 양자화 원형 궤도에서 움직이는 전자는 전자기적 에너지를 방출하지 않기에, 링은 안정될 것이고, 에너지는 단지 형성에만 소요된다. 전자 링은 양자화 궤도에 위치할 것이고 방출을 중단할 것이다.

집중 코일 9는 챔버 4 내의 전자 구름의 안정화를 제공한다. <중략>.. 주어진 링 15는 강력한 회전 모멘텀을 가지고 있으며, 집중 코일은 상호 겹쳐져서 배열되어야 한다 (fig.4a, b, c) <하략>..

구름 15 를 펌핑하는 과정은 전자가 원하는 크기의 링의 원하는 부피 밀도에서 (fig.7 의 A) 이전에 서술한 부분까지 계속된다. (fig.7 의 C) 펌핑 완료 후 편향 코일 8 은 압축 링을 노즐 13의 직경에 맞도록 조절되게 전류 펄스가 공급된다. 동시에 혹은 이후에 압축 링의 강력한 전류 펄스는 토로이달 링의 구름을 회전시키고 적 방향의 노즐 13 으로 구름을 밀도록 부력 코일 10 에 공급된다. (fig.7 의 B) 사출 동시에 혹은 이후 링을 위한 추적 시스템과 빔 통제 시스템을 갖춘 레이저 11 이 포함된다. 이것은 포사체를 가속하고 이전에 서술된 방법대로 궤적을 수정하기 시작한다. (fig 7 의 C).

에너지 축적 포사체를 변경하기 위해서는 링의 전자 속도 또는 부피 밀도 또는 반경을 조절하는 것으로 충분하다. 링의 부피 밀도는 링의 전자 추가로 바뀔 수 이다. 전자 링 반경과 속도는 동축 전극 유닛 또는 다른 수단을 이용하여 잠재적 변경이 적용됨으로써 바뀔 수 있다. <하략>..

제안된 발명의 이점은 현대의 빔병기의 단점들을 보완하는 신세대 고효율 우주 무기를 만들수 있는 능력이다.

링 지름이 100mm 이며 두께가 1mm 인 전자동역학적 포사체는, 6kg 의 TNT 가 방출하는 에너지와 동일하다. 링 지름이 50m 이고 두께가 1m 인 포사체는 가장 강력한 수소폭탄이 방출하는 에너지보다 10배 이상 더 강력한 에너지를 방출한다. 처음 언급한 포사체의 질량은 마이크로그램이며, 후에 언급한 포사체의 질량은 89kg 을 초과하지 않는다.

소질량 전자-동역학적 포사체는 선형 가속 레이저 빔에 의해 효과적으로 사용될 수 있다. 무한 길이 작용을 가지는 레이저 빔은 다양한 목적의 선형 가속 포탄을 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 포탄에 충분한 운동량을 전달하는 레이저는 크고 무거운 레일과 전자기적 발사기에 비해 가속에 더 쉽고, 가볍고, 더 작다. 모든 가능성에서, 이 방법은 전통적인 포사체 사출 방법을 대체하거나 보강할 수 있다.

강대한 에너지를 소비하는 초소질량은 전자-동역학적 포사체의 우주 목표 파괴 수단으로써의 효과적인 사용을 제공한다.

달성 가능한 전자동역학적 포사체의 속도는 80-1600km/s 에 달한다. 이 지름 100mm 의 전자-동역학적 포사체는 목표에 TNT 6kg 과 동일한 에너지를 전달할 수 있다. 400mm 직경에 20밀리그램의 질량의 포사체는 TNT 11톤에 이르는 에너지와 같다. 만일 최대 가능성에 미치지 못하여 효율이 이 값에 비해 5-10% 밖에 나오지 않을지라도 여전히 효과적으로 우주 목표를 파괴할 수 있는 능력을 지닐 것이다.

전자-동역학적 포사체의 주요 손상 효과는 목표 물질의 중성화를 유발하는 것이다. 고밀도 전자 링을 어떤 목표에 타격하는 것은 작은 핵폭발을 유발할 것이다. 중성화 과정에 포함되지 않은 전자는 목표 물질을 증발, 이온화하는 가열을 보조할 것이다.

그러므로, 전자-동역학적 포사체는 우주 속도에 도달하는 속도로 이동하는 고방호 및 고기동 목표를 타격하는데 사용할 수 있다.

또 다른 장점은, 레이저 빔을 통한 전자동역학적 포사체의 궤적 제어 및 수정 가능성이다.

현재의 기술 수준에서 전자-동역학적 포사체 발사를 위한 포 발명 설계는 달성 가능하다. 이것은 빠르게 회전하는 부품이나 가열 부분, 플라즈마, 기타 등이 없다. 이 포 장치의 기초 요소는 이미 5MW, 혹은 그 이상의 전력에 의해 달성된 마그네트론과 같은 유사체가 있다.

제안된 발명의 주요 목표는 주로 8-11km/s 로 움직이는 대륙간 로켓 핵탄두 등의 우주 목표를 멀리 떨어진 거리에서도 발사될지라도 고도로 효율적으로 파괴하는 무기의 제공이다. 전자동역학적 포사체의 예측되는 파괴력은 레이저 빔과 어떤 다른 무기에 대해 절연이고 비관통되는 것으로 보호되는 어떠한 우주 목표라도 파괴할 수 있을 것이다. 




아래는 표를 한글로 번역한 것입니다


table1transl.jpg 




러시아에는 보드카에 취한 매드 사이언티스트들이 흘러넘치나 봅니다.

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minki 2014.05.05. 15:07
일단 차분히 좀 살펴 봐야 겠습니다.^^
요즘 제트엔진의 추력 부분 형상만 손을 봐서 추력 자체를 15% 이상 늘리는 방법에 대해 이야기를 하고 있는데...계산상으로는 될 것 같은데 실험해볼 엔진이...ㅜ.ㅜ...RC용 엔진이라도 하나 사서 테스트 해보고 결과가 나온다면 특허를? (네가 생각 하는 좋은 아이디어는 남들이 이미 생각하고 다 해보고 실패한 아이디어라는...뭐 이런 생각이 들기는 합니다) 실험실에서 쓰는 에어 프레서 노즐 부분의 형상을 수정해서 다른 에너지 없이 배출되는 압력을 늘리는 것을 보고 제트 엔진에 접목이 될까 생각 중 입니다.
여하튼 좋은 글^^ 잘 읽어 보겠습니다
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Кузнецов 글쓴이 2014.05.06. 10:05
minki
성공하시길 기원합니다. 성공하시면 나중에 발제도..ㅎㅎ
78FAA' 2014.05.06. 03:28
우와~쿠즈네초프님.

이거 입자빔 아닌가요? 어렸을 때 만화 영화에서나 봤던 무기가 드디어 현실이 되네요.
중성자빔으로 피사체 물질의 핵붕괴를 유도한다는 개념으로 이해됩니다. 가속기가 필요했었던 걸로 알고 있었는데....
이온 엔진을 통해서 레이저의 발진 형상을 제어/압축함으로써 광압을 높이는 기술을 응용한 것으로 생각되는데요. 소개된 내용만으론 잘 모르겠습니다.

제가 보기에 이 내용, 어려우시더라도 번역하셔서 방사청 쪽에 따로 전해 주시면 상당히 반길 내용입니다.
지금 이런 레이저, 열역학 병기 개발에서 애를 먹는 부분이 레이저 발진 기구 중 형광 여기가 필요한 매질의 열내구성 때문에 막혀 있는 걸로 압니다. 한마디로 적색 레이저의 출력을 높이기 위해 루비(이산화 알미늄)를 썼었는데 이 루비가 2~3회 쓰고 나면 녹아 버린다는, 그래서 액체(화학) 레이저나 반도체 레이저 등으로 이 매질을 바꿔 보고 있는데 그다지 신통치 않은 모양입니다.

아예 개념을 바꿔서 이런 이온 엔진과 가속기를 결합한 형태의 강입자 가속 발진 장치가 열역학 병기로서 더 유용할 수 있을 것 같은 생각이 드네요.

꼭 방사청에 전해 드리면 좋아하실 겁니다. 따로 사례같은 건 못하더라도요....
번역하시느라 고생하셨습니다. 조금 더 수고해 주시길.
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Кузнецов 글쓴이 2014.05.06. 10:08
78FAA'
그렇게 생각하신다니 저로서는 영광입니다. 도전은 해보겠습니다만 잘 할 수 있을지는 모르겠네요.. 말씀 감사드립니다
양념감자 2014.05.06. 18:24
제가 제대로 읽은 게 맞다면 이거 가속 에너지보다 결과적으로 방출되는 에너지량이 훨씬 큰 모양이군요. 잘하면 발전 같은 거에 사용 가능할지도....?
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Кузнецов 글쓴이 2014.05.07. 04:09
양념감자
순간적으로 폭발적 에너지를 전달하는지라 제어가 좀 힘들지 않을까 싶기도 하네요..

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