Сущность изобретения заключается в следующем.

Согласно одному из вариантов изобретения – «2D авиация», канатная транспортная система включает по крайней мере один транспортный модуль с приводным устройством в виде электродвигателя с токосъемными элементами и по крайней мере два закрепленных на опорах, электропроводящих каната. Канаты подключены к источнику электроэнергии.  С их помощью осуществляется движение транспортного модуля. Транспортный модуль выполнен в виде летательного аппарата тяжелее воздуха с аэродинамическим качеством не менее 5. Электропроводящие канаты выполнены из сверхпрочного легкого проводника и/или сверхпрочного легкого высокотемпературного сверхпроводника. Электродвигатель выбран линейным для обеспечения создания в канатах электродвижущей силы, создающей одновременно силу тяги и магнитный подвес (левитацию) во время движения летательного аппарата вдоль канатов. При этом каждый электропроводящий канат проходит через область максимума электромагнитного поля внутри линейного электродвигателя.

Особенностью системы является то, что канаты натянуты на опоры с усилием, когда предел прочности равен 0,1-0,5, а сечение канатов выбрано таким, что они не разрушаются в условиях создания предельной силы в режиме разгона/экстренного торможения летательного аппарата. Опоры располагаются периодически на всем протяжении пути транспортной системы в соответствии с рельефом местности, радиусом поворота пути и пропускной способностью транспортной системы. При этом опоры выполнены с возможностью выдерживать нагрузку, равную сумме статического веса летательного аппарата и нагрузки, развиваемой в режиме экстренного торможения летательного аппарата.

В пунктах назначения пути (портах) канаты закреплены на жестком основании, выполненном из материала, способного выдерживать статическую и динамическую нагрузки, вызванные летательным аппаратом. Длина жесткого основания определяется длиной пути, необходимой для служебного торможения/разгона летательного аппарата.

Обмотки линейных электродвигателей выполнены из проводника и/или высокотемпературного сверхпроводника, причем питание к двигателям поступает непосредственно от электропроводящих канатов, через токосъемные элементы.

Одним из вариантов изобретения является то, что канаты выполнены на основе волокон из углеродных нанотрубок с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм -16 нм. В другом варианте изобретения канаты выполнены на основе волокон из легированных нанотрубок из оксидов или широкозонных полупроводников с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм – 16 нм.

Для безопасности в летательный аппарат встроен аварийный источник питания (аккумулятор электрической энергии). Также летательный аппарат снабжен дополнительными блоками колес для нерабочего и/или аварийного режима и тормозным парашютом для экстренного торможения. 

До или после линейных электродвигателей летательного аппарата расположены электромагнитные устройства гашения вибрации канатов, которые связаны посредством электромагнитного поля с канатами и соединены с электронными датчиками вибрации канатов. Кроме того, канаты периодически по всей длине соединены между собой перемычками-виброгасителями.

Для того, чтобы летальный аппарат плавно проходил через опоры, предусматривается закрепление канатов на опорах с помощью шлюзовых устройств. В свою очередь шлюзовые устройства закреплены на виброгасителях.

Одним из вариантов конструкции шлюзовых устройств является их жесткое крепление к канату. В другом варианте шлюзовые устройства соединяются с канатом с помощью электромагнитного поля, формируемого дополнительным электромагнитом и управляемого дистанционно.

Одним из вариантов конструкции летательного аппарата может быть самолет крыло, в котором для безотрывного обтекания корпуса воздушным потоком используется по крайней мере одна дополнительная электротурбинная вихревая система управления течением в пограничном слое, по аналогии с используемой в аппаратах «ЭКИП».

Управлять летательным аппаратом можно типичной системой дистанционного и/или ручного управления полетом. Для увеличения безопасности полета летательный аппарат может быть снабжен устройством электромагнитного торможения и устройством экстренного торможения, включая парашют.

Способ работы канатной транспортной системы «2Dавиация» заключается в том, что с электропроводящих канатов через токосъемные элементы поступает электроэнергия на линейные электродвигатели. Линейные электродвигатели одновременно создают силу тяги и магнитный подвес (левитацию) транспортного модуля, выполненного в виде летательного аппарата. При этом летательный аппарат движется по канатам со скоростью, необходимой для компенсации веса аппарата за счет создания аэродинамической подъемной силы.

Движение летательного аппарата может осуществляться в режиме самолета или в режиме экраноплана при соответствующей высоте опор и рельефе местности.

Натяжение и вибрацию канатов до и после линейных электродвигателей контролируют электронными датчиками дистанционного контроля вибрации каната и регулируют посредством  системы управления электромагнитными устройствами гашения вибрации канатов.

Разгон и торможение летательного аппарата осуществляют с ускорением, соответствующим международным стандартам для пассажирских и грузовых перевозок, а аварийное торможение осуществляют с использованием реверса силы линейных электродвигателей и/или изменением аэродинамики и/или в экстренных случаях путем открытия тормозного парашюта.

При отключении электропитания в аварийной ситуации летательный аппарат за счет аккумуляторов включает двигатели таким образом, чтобы осуществить натяжение канатов как по направлению полета, так и против, т.е., происходит натяжение канатов между двумя опорами. Тогда летательный аппарат просто зависнет на натянутых канатах. При включении электропитания аппарат может снова набрать скорость и выйти на эксплуатационный режим полета. В отдельных случаях аппарат может опуститься на землю, ослабляя натяжение канатов.

Другим вариантом изобретения является «космический лифт» - канатная транспортная система, включающая по крайней мере один транспортный модуль с приводным устройством в виде электродвигателя с токосъемными элементами и натянутого вертикально сверхпрочного легкого каната между поверхностью планеты и ее искусственным спутником, находящимся на синхронной орбите. По канату осуществляет движение транспортный модуль за счет бортового источника электропитания. Транспортный модуль выполнен в виде космического летательного аппарата. Между поверхностью планеты и ее искусственным спутником натянуты по крайней мере два электропроводящих каната, которые выполнены из сверхпрочного легкого проводника и/или сверхпрочного легкого высокотемпературного сверхпроводника. Канаты подключены к внешнему источнику электрической энергии. Электродвигатель выбран линейным для обеспечения создания в канатах электродвижущей силы, создающей одновременно силу тяги и магнитный подвес (левитацию) во время движения космического летательного аппарата вдоль канатов. При этом каждый электропроводящий канат проходит через область максимума электромагнитного поля внутри линейного электродвигателя.    

Сами канаты натянуты на опоры с усилием, когда предел прочности равен 0,1-0,5, а сечение канатов выбрано таким, что они не разрушаются в условиях создания предельной силы в режиме разгона/торможения космического летательного аппарата.

Обмотки линейных электродвигателей выполнены из проводника и/или высокотемпературного сверхпроводника. Питание к двигателям поступает непосредственно от электропроводящих канатов, через токосъемные элементы.

Канаты выполнены на основе волокон из углеродных нанотрубок с внутренним диаметром в диапазоне 12нм -16 нм или на основе волокон из легированных нанотрубок из оксидов или широкозонных полупроводников с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм – 16 нм.

До или после линейных электродвигателей космического летательного аппарата расположены электромагнитные устройства гашения вибрации канатов, которые связаны посредством электромагнитного поля с канатами и соединены с электронными датчиками вибрации канатов.

Канаты периодически по всей длине соединены между собой перемычками-виброгасителями.

Для безопасности в летательный аппарат встроен аварийный источник питания (аккумулятор электрической энергии).

Для безопасности полета летательный аппарат снабжен системой дистанционного и/или ручного управления полетом, а также устройством электромагнитного торможения. Функцию торможения могут выполнять сами линейные электродвигатели.

Способ работы канатной транспортной системы «космический лифт» заключается  в том, что с электропроводящих канатов через токосъемные элементы поступает электроэнергия на линейные электродвигатели. Линейные электродвигатели одновременно создают силу тяги и магнитный подвес (левитацию) транспортного модуля, выполненного в виде космического летательного аппарата. При этом космический летательный аппарат движется с заданной скоростью по канатам за счет создания линейными электродвигателями силы тяги, которая компенсирует вес аппарата и аэродинамическое сопротивление воздуха в околоземном пространстве.

Натяжение и вибрацию канатов до и после линейных электродвигателей контролируют электронными датчиками дистанционного контроля вибрации каната и регулируют посредством  системы управления электромагнитными устройствами гашения вибрации канатов

Разгон и торможение космического летательного аппарата осуществляют с ускорением, соответствующим международным стандартам для пассажирских и грузовых перевозок, а аварийное торможение осуществляют с использованием реверса силы линейных электродвигателей.

Еще одним вариантом изобретения является канатная транспортная система, «электромагнитный лифт», включающая по крайней мере один транспортный модуль с приводным устройством в виде электродвигателя с токосъемными элементами и по крайней мере два закрепленных на жестком основании вертикально или под углом между пунктами движения, электропроводящих канатов. Они подключены к источнику электроэнергии. С помощью канатов осуществляется движение транспортного модуля,. Электропроводящие канаты выполнены из проводника и/или высокотемпературного сверхпроводника. Электродвигатель выбран линейным для обеспечения создания в канатах электродвижущей силы, создающей одновременно силу тяги и магнитный подвес (левитацию) во время движения транспортного модуля вдоль канатов. При этом каждый электропроводящий канат проходит через область максимума электромагнитного поля внутри линейного электродвигателя.

Канаты по всей длине механически прикреплены к жесткой поверхности, вдоль которой осуществляется движение подвижного модуля. Поэтому требования к прочности и легкости канатов не существенны. Например, канаты могут быть непосредственно закреплены на рельсах действующих железных дорого или на бетонном основании для 2D авиации в портах.

Обмотки линейных электродвигателей выполнены из проводника и/или высокотемпературного сверхпроводника, причем питание к двигателям поступает непосредственно от электропроводящих канатов, через токосъемные элементы.

Канаты выполнены на основе волокон из углеродных нанотрубок с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм -16 нм или на основе волокон из легированных нанотрубок из оксидов или широкозонных полупроводников с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм – 16 нм.

Способ работы канатной транспортной системы «электромагнитный лифт» заключается в том, что с электропроводящих канатов через токосъемные элементы поступает электроэнергия на линейные электродвигатели. Линейные электродвигатели одновременно создают силу тяги и магнитный подвес (левитацию) транспортного модуля, который движется по жестко закрепленным канатам с постоянной скоростью или постоянным/переменным ускорением.

Управление модулем можно осуществлять дистанционно.

Для безопасности движения разгон и торможение транспортного модуля должно осуществляться с ускорением, соответствующим международным стандартам для пассажирских и грузовых перевозок, а аварийное торможение осуществляют с использованием реверса силы линейных электродвигателей.

Это не касается разгонного ускорителя, где ускорение во много раз превосходит стандарты. Отметим, что разгон транспортного модуля можно будет осуществлять до скорости, которая не превысит максимальную скорость движения кольцевых электронов в высокотемпературном сверхпроводнике 15,9 км/с. При превышении этой скорости квантовразмерные эффекты проводимости исчезнут. В результате резко возрастет электрическое сопротивление материалов.

Для всех трех вариантов изобретения 2D авиация, космичекий лифт и электромагнитный лифт характерно, что в режиме эксплуатации электромагнитные параметры как линейного электродвигателя так и канатов не должны превышать критические значения: плотность тока не превышает величину , где А/см² – критический ток в высокотемпературном сверхпроводнике с критической температурой 93,5 градусов Цельсия; магнитное поле в линейном электродвигателе не превышает величину , где Тл – критическое поле в высокотемпературном сверхпроводнике с критической температурой 93,5 градусов Цельсия. При этом максимальная эксплуатационная температура работы линейного электродвигателя и канатов связана с критической плотностью тока и не  должна превышать 60-80 градусов Цельсия.

Единство изобретения

Все перечисленные варианты транспортных систем и способов их работы связаны единым изобретательским замыслом и единой общей характеристикой – магнитное левитирующее движение транспортного модуля вдоль прочного каната с элекропроводимостью, минимум в 100 раз лучше проводимости алюминия или меди, и в пределе являющегося высокотемпературным сверхпроводником. Магнитная левитация и движение вдоль каната осуществляется с помощью линейного электродвигателя, имеющего обмотку из материала, аналогичного материалу каната. В результате левитация и тяга создается за счет взаимодействия магнитных полей двигателя и канатов. При этом электроэнергия, необходимая для движения, подается непосредственно по самим канатам от источника электроэнергии. 

Каждый независимый пункт изобретения характеризуется способом крепления каната к опорам и способами создания тяги и компенсации веса транспортного модуля:

Первый вариант изобретения «2D авиация» характеризуется тем, что транспортный модуль (самолет) опирается на воздух за счет своих высоких аэродинамических свойств и движется по натянутым на опоры канатам над поверхностью земли. Линейный электродвигатель модуля питается непосредственно от сверхпроводящих канатов и создает тягу, которая прикладывается через канаты к стоящей впереди опоре.

Второй вариант изобретения «космический лифт» характеризуется тем, что транспортный модуль (космический летательный аппарат) опирается на канаты, натянутые вертикально между двумя опорами, одна из которых на Земле, а вторая – в космосе на геосинхронном спутнике и движется по этим канатам. Линейный электродвигатель модуля питается непосредственно от сверхпроводящих канатов и создает вертикальную тягу для движения модуля, которая прикладывается через канаты к опоре - спутнику.

Третий вариант изобретения «электромагнитный лифт» характеризуется тем, что транспортный модуль опирается на канаты, закрепленные на жестком основании вертикально или под углом между пунктами движения. Линейный электродвигатель модуля питается непосредственно от сверхпроводящих канатов и создает тягу, которая прикладывается через канаты к основанию.