АО «Институт специальных технологий» РАН был создан в 1995г. В настоящее время в инициативном порядке на собственные средства проведен ряд НИР по следующим темам:

1. Движители без массобмена с внешней средой
2. Шаговые движители
3. Движители на основе градиента давления
4. Создание постоянного градиента давления в замкнутом и полузамкнутом объёме в газовой и жидкостной средах

На основе проведенного обзора научно-технической и патентной литературы (с 1930 г. по 2013 г.) и её анализа был сделан вывод о том, что в мировой научно-технической практике зарождается новое направление деятельности – создание принципиально новых движителей, которые позволят в первую очередь резко расширить технические возможности в области освоения космоса. Нам, очевидно, что дальнейшее развитие этого направления научно-технической деятельности позволит перейти к созданию универсальных движителей для космических, воздушных и подводных аппаратов различного назначения без применения какого-либо рабочего тела (топлива), но с использованием бортовых источников электроэнергии или солнечных батарей.
Известно, что все разработанные на сегодня двигатели, предназначенные для создания силы тяги в различных сплошных средах или в космическом пространстве, работают по реактивному принципу — либо за счет отбрасывания окружающей их среды, либо некоторой массы рабочего тела, имеющегося на борту. Однако ясно, что перспективы совершенствования этих двигателей, за более чем столетнюю историю их развития, уже близки к своему физическому пределу и дальнейшие работы по их модернизации, в рамках традиционных подходов, уже не приведут к качественному улучшению их технических характеристик и возможностей.
В связи со сложившейся ситуацией, сегодня при оценках перспектив развития современного двигателестроения все чаще обсуждаются и разрабатываются программы по созданию двигателей, создающих силу тяги за счет других физических эффектов и принципов. Применительно, например, к космическим двигателям — солнечный парус; гравитационный буксир; вращающейся осциллятор во внешнем гравитационном поле; двигатель, взаимодействующий с внешним магнитным полем и т.д.
В нашей стране по исследованиям возможности создания движителей без массоообмена с внешней средой был опубликован ряд монографий.
В настоящее время проводятся исследования в США, Великобритании и Китае по созданию нереактивного способа движения с помощью технологии EmDrive (двигательная установка для космических аппаратов, предложенная инженером Роджером Шоером, использует в ней магнетрон, генерирующий микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям автора, излучение преобразуется в реактивную тягу). Данная технология запатентована в Великобритании компанией Satellite Propulsion Research Ltd. (автор и разработчик — Roger Shawyer) и проверена в NASA. В Китае такие исследования проводятся в Северо-западном политехническом университете.
Китайские ученые и конструкторы в настоящее время готовят к полету в космос аппарат с нереактивными движителями функционирующими по вышеуказанному принципу для проведения испытаний в условиях реального космического полета.
В нашем институте разработано теоретическое и экспериментальное обоснование новых способов механического движения герметичных систем физических тел (без массобмена с внешней средой), в результате чего выявлены ранее неизвестные возможности использования ряда физических явлений (механика и гидродинамика), на основании которых экспериментально проверено наличие движения герметичных систем тел, путем создания внутри последних неравновесного состояния кинетической энергии между их составляющими. За время проведения НИР была создана специальная методика измерений силы тяги действующей внутри более 30 вариантов герметичных механических систем, создан испытательный стенд и было проведено более 400 экспериментов.
Основной вывод: Причиной проявления сил в вещественных средах (телах) является неравновесное распределение энергии по пространству среды (тела), т.е. наличие градиента кинетической энергии, что и приводит их в движение. Для приведения механической системы в однонаправленное движение необходимо привести её в неравновесное энергетическое состояние, при котором «внутренние» силы, действующие на совокупность тел, составляющих систему, не уравновешены силами «сопротивления движению».
Система тел (или вещественная среда) ограниченная герметичной оболочкой может быть приведена в неравновесное энергетическое состояние с помощью электрической энергии передаваемой в неё от внутренних или внешних источников, путем преобразования последней в механическую энергию, что позволяет осуществить однонаправленное движение такой системы без массообмена с внешней средой.

На основе проведенной НИР была проведена классификация движителей работающих без массообмена с внешней средой:

1. Шаговые
   Производят перемещение космических аппаратов на фиксированное расстояние, без дальнейшего перемещения их относительно заданной точки отсчета (в конечном итоге не производят ускорения КА и не придают им относительной скорости).
2. Импульсные
   Производят разгон (ускорение) КА импульсами с определенной частотой и в конечном итоге производят ускорение КА и придают им относительную скорость.
3. Шагово-импульсные
   Могут одновременно или попеременно осуществлять операции согласно п.п. 1 и 2.
4. Постоянного действия
   Производят перемещение с ускорением КА подобно реактивным двигателям, но без использования выброса какого-либо рабочего тела.
   Новый тип движителей, основанный на предлагаемых способах, предназначен для коррекции орбиты КА, подъёма их до высоты геостационарной орбиты, разворота плоскости их орбиты и может быть использован для автоматической поддержки заданных величин параметров их орбиты. Движитель размещается внутри герметичного космического аппарата (существующие в настоящее время двигатели размещаются на внешней части корпусов КА). Это резко повышает ресурс движителя и его надежность.

Преимущества предлагаемого способа:

1. Малый стартовый вес движителя позволяет сократить расходы при выведении космического аппарата на околоземную орбиту.
2. Низкая стоимость производства и эксплуатации наших движителей в 20-100 раз меньше применяемых сейчас электрореактивных двигательных установок.
3. Для электропитания предлагаемых движителей достаточно использовать стандартные солнечные батареи, без их дополнительного наращивания.
4. Отсутствие потребности в расходуемом рабочем теле (не требуется топлива или расходного вещества).
5. Отсутствие экологических проблем.
6. КА можно поместить на некеплеровскую орбиту, или так называемую левитирующую смещённую орбиту (levitated displaced orbit), её плоскость не проходит через центр масс Земли.
7. Простота в управлении и высокая надежность.
8. Для изготовления предлагаемых движителей достаточно технологий и материалов, которые применяются в современном машиностроении.
9. Отсутствие ограничений на технический ресурс работы движителя по критерию энергопотребления.

В процессе стыковки космических аппаратов при выполнении операций ближнего сближения и причаливания используются реактивные двигатели, предназначенные для совершения маневра, требующие большого расхода рабочего тела. Последнее накладывает жесткие ограничения на количество выполняемых маневров и повторов операций по стыковке.
Предлагаемый нами способ «шагового» перемещения в космическом пространстве позволит создать движители упрощающие технологию стыковки и позволяющие проводить длительное маневрирование без расхода топлива. Используемая при этом электрическая энергия расходуется на шаговое движение космического аппарата, который за каждый цикл движения «рабочих» тел перемещается на строго заданное расстояние и направление в пространстве с полной последующей остановкой в итоге вблизи другого космического объекта, с которым надо состыковаться. Такое шаговое движение космического аппарата может осуществляться (в том числе одновременно) в трех взаимно перпендикулярных направлениях в пространстве, что позволит упростить процесс стыковки (расстыковки). Длина шага движения космического аппарата может регулироваться в широких пределах (от десятков метров до миллиметров). По окончании определенного количества шагов (циклов), совершаемых космическим аппаратом при сближении с другим объектом, он останавливается относительно последнего, что и позволяет безопасно осуществлять процесс стыковки, т.к. аппарат не накапливает кинетическую энергию.
Такие движители могут быть применены для безопасной сборки крупных конструкций в космосе.

Применение шаговых движителей:

1. Универсальный движитель для вне корабельной деятельности.
2. Скафандр с движителем для перемещения в пространстве вокруг МКС.
3. Радиоуправляемый аппарат для облета МКС и проведения разных операций.
4. Обитаемая капсула для перемещения вокруг КК и КС.
5. Спасательная капсула (модуль).
6. Система безопасной стыковки/расстыковки.

Для создания качественно новых летательных аппаратов можно использовать энергию давления воздуха атмосферы. Как известно на 1 квадратный метр поверхности любого предмета атмосфера Земли давит с силой около 10 тонн. Если мы с одной из сторон такой поверхности уменьшим давление на 10 %, то получим разницу давлений, которая будет действовать на эту поверхность с силой 1 тонна. Физические модели такого процесса были экспериментально проверены нашими специалистами. Такой способ получения тяги оказался в 1,5-2 раза эффективней и экономичней пропеллеров. Движители, основанные на таком способе, предназначены для оснащения транспортных средств различного назначения (наземных, водных и воздушных) с целью придания им новых качеств:

1. Такой движитель создает условия для прямого действия разницы атмосферного давления и давления перед силовым экраном, которое приводит корпус транспортного средства в поступательное движение, что позволит не использовать для этого механическое сцепление с внешней средой.
2. Его использование приводит к отсутствию зависимости режима работы наземных транспортных средств от степени сцепления с различными поверхностями дорог и бездорожья их несущих элементов, а также необходимости наличия привода на колеса, гусеницы и пр. подобные элементы.
3. Он реализует движение водных транспортных средств без применения винтов (и иных подобных устройств), выброса какого-либо рабочего тела за их пределы и разного рода парусных средств, что позволит использовать их в труднопроходимых местах, на мелководье, болотах и двигаться по льду, а так же существенно повысит их маневренность.
4. Универсальность: один и тот же движитель может быть установлен на любое транспортное средство не зависимо от его назначения, формы и компоновки.
5. Повышается надежность транспортного средства за счет модульного исполнения и пакетной установки на него нескольких движителей, упрощается компоновка конструкции.
6. Отсутствуют нисходящие воздушные потоки.
7. Воздушное транспортное средство на базе нескольких движителей могут перевозить груз на внешней подвеске, что позволяет перевозить очень громоздкие грузы, а также выполнять монтажные работы на высоте, заменить подъемный кран, тушить пожар на высотных зданиях и проводить оперативную эвакуацию людей.
8. Наличие герметичного дна на воздушном транспортном средстве на базе нескольких движителей позволит ему совершать посадку и двигаться по поверхности водоемов.
9. Воздушное транспортное средство сможет выполнять полеты в зонах, недоступных для самолетов и вертолетов – в гористой местности, лесу или городе.

Многоцелевая летающая платформа – бескрылый вертикально взлетающий аппарат, у которого подъёмная сила создается разностью давлений между внешней и внутренней поверхностями движителей и она может совершать вертикальный взлет/посадку и горизонтальный полет.

Следующая тема из проведенных работ называется «Способ и устройство для создания стационарного плавного градиента давления в ограниченном объеме газовой или жидкой среды». Способ основан на известных физических явлениях в аэродинамике и гидродинамике. Предлагаемый способ позволяет создавать постоянный стационарный плавный градиент давления газа (жидкости) в заданном направлении внутри замкнутого или полузамкнутого объема.

Устройства, создающие такой градиент давления, позволяют регулировать его величину посредством изменения величины подводимого к ним электрического тока. В настоящее время в воздушной камере настольного варианта демонстратора (диаметр — 0,10 м и высота — 0,15 м) получен градиент давления 12500 Па на метр, который создал подъёмную силу около 8 Н и поднимал контейнер весом 0,8 кг. Поскольку плотность вещества контейнера составляла 1250 кг/м³ и превышала среднюю плотность человеческого тела, то возможно создать условия для плавания человека в воздушной камере. В водной среде такое устройство создавало такой градиент давления, что со дна бочки с водой всплывала стальная болванка.

Применение:

1. Использование при подготовке космонавтов:
   • возможность моделировать в наземных условиях длительное состояние имитирующее невесомость;
   • использование на борту космической станции регулируемой имитация гравитации;
   • специальные места для отдыха и сна космонавтов при имитации определенной гравитации, при этом градиент
   • давления можно регулировать по величине вдоль и поперек оси тела;
   • создание постоянного градиента давления во всем объеме космического корабля или космической станции, т.е. имитация ощущения «пол — потолок».
2. Предлагаемый способ позволяет осуществлять бесконтактный подъём (зависание предмета) и перемещение предметов в ограниченном объёме воздуха или воды.
3. Использовать данный способ для разработки технологии разделения смеси веществ по величинам их плотности.
   Основой всех полученных результатов является новое понимание причины возникновения и действия сил на тела и среды, а так же физические условия необходимые для создания их движения.