Podsvetlobna hitrost v Zvezdnih stezah: ali je to mogoče?

Ali je impulzni pogon možen?

Nasin 2,3 kW NSTAR ionski potisni motor, ki se testira v JPL. Uporabljen je bil na vozilu Deep Space 1. Čeprav to ne zagotavlja impulznega pogona, je naslednji korak v pogonu na dolge razdalje v sončnem sistemu. NASA

Trekkies so pomagali opredeliti vesolje znanstvene fantastike, skupaj s tehnologijo, ki jo Zvezdne steze serije, knjige in filmi obljubljajo. Ena najbolj iskanih tehnologij iz teh oddaj je warp pogon . Ta pogonski sistem se uporablja na vesoljskih ladjah številnih vrst v Trekiverse, da preletijo galaksijo v neverjetno kratkih časih (meseci ali leta v primerjavi s stoletji, ki bi trajala pri 'samo' svetlobna hitrost ). Vendar ni vedno razloga za uporabo warp pogon , in tako, včasih ladje v Zvezdnih stezah uporabite impulz moč iti s podsvetlobno hitrostjo.

Kaj je Impulzni pogon?

Danes raziskovalne misije uporabljajo kemične rakete za potovanje po vesolju. Vendar imajo te rakete več pomanjkljivosti. Potrebujejo ogromne količine pogonskega goriva (goriva) in so na splošno zelo veliki in težki. Impulzni motorji, kakršni so prikazani na zvezdni ladji podjetje, uporabite nekoliko drugačen pristop k pospeševanju vesoljskega plovila. Namesto kemičnih reakcij za premikanje po vesolju uporabljajo jedrski reaktor (ali kaj podobnega) za dovajanje električne energije v motorje.

Ta elektrika naj bi poganjala velike elektromagnete, ki uporabljajo energijo, shranjeno v poljih, za poganjanje ladje ali, bolj verjetno, pregretje plazme, ki jo nato kolimirajo močna magnetna polja in izpljunejo zadnji del plovila, da ga pospešijo naprej. Vse skupaj zveni zelo zapleteno in tudi je. To je pravzaprav izvedljivo, vendar ne s trenutno tehnologijo.

Impulzni motorji dejansko predstavljajo korak naprej od sedanjih raket na kemični pogon. Ne gredo hitreje kot svetlobna hitrost , vendar so hitrejši od vsega, kar imamo danes. Verjetno je samo vprašanje časa, preden bo nekdo ugotovil, kako jih zgraditi in namestiti.

Bi lahko nekoč imeli impulzne motorje?

Dobra novica o 'nekega dne' je, da je osnovna predpostavka impulzne vožnje je znanstveno utemeljeno. Vendar je treba razmisliti o nekaterih vprašanjih. V filmih so zvezdne ladje sposobne uporabiti svoje impulzne motorje za pospešek do pomembnega deleža svetlobne hitrosti. Da bi dosegli te hitrosti, mora biti moč, ki jo ustvarijo impulzni motorji, znatna. To je velika ovira. Trenutno, tudi z jedrsko energijo, se zdi malo verjetno, da bi lahko proizvedli dovolj toka za pogon takih pogonov, zlasti za tako velike ladje. Torej, to je ena težava, ki jo je treba premagati.

Poleg tega oddaje pogosto prikazujejo impulzne motorje, ki se uporabljajo v planetarni atmosferi in v meglicah, oblakih plina in prahu. Vendar pa vsaka zasnova impulznih pogonov temelji na njihovem delovanju v vakuumu. Takoj, ko zvezdna ladja vstopi v območje visoke gostote delcev (kot je atmosfera ali oblak plina in prahu), bi bili motorji neuporabni. Torej, razen če se kaj spremeni (in ne morete spremeniti zakonov fizike, kapitan!), ostajajo impulzni pogoni na področju znanstvene fantastike.

Tehnični izzivi impulznih pogonov

Impulzni pogoni zvenijo precej dobro, kajne? No, obstaja nekaj težav z njihovo uporabo, kot je opisano v znanstveni fantastiki. Ena je dilatacija časa : Vsakič, ko plovilo potuje z relativističnimi hitrostmi, se pojavi zaskrbljenost glede dilatacije časa. Namreč, kako ostane časovnica dosledna, ko plovilo potuje s skoraj svetlobno hitrostjo? Temu se žal ne da izogniti. Zato so impulzni motorji v znanstveni fantastiki pogosto omejeni na približno 25 % hitrost svetlobe kjer bi bili relativistični učinki minimalni.

Drugi izziv za takšne motorje je, kje delujejo. Najbolj učinkoviti so v vakuumu, vendar jih pogosto vidimo v Treku, ko vstopajo v atmosfero ali švigajo skozi oblake plina in prahu, imenovane meglice. Motorji, kot si jih trenutno predstavljamo, se v takih okoljih ne bi dobro obnesli, zato je to drugo vprašanje, ki bi ga bilo treba rešiti.

Ionski pogoni

Vendar ni vse izgubljeno. Ionski pogoni, ki uporabljajo zelo podobne koncepte kot tehnologija impulznega pogona, so že leta v uporabi na vesoljskih plovilih. Vendar pa zaradi velike porabe energije niso učinkoviti pri zelo učinkovitem pospeševanju plovila. Pravzaprav se ti motorji uporabljajo le kot primarni pogonski sistemi na medplanetarnem plovilu. To pomeni, da bi samo sonde, ki potujejo na druge planete, nosile ionske motorje. Ionski pogon je na primer na vesoljskem plovilu Dawn, ki je ciljalo na pritlikavi planet Ceres.

Ker ionski pogoni za delovanje potrebujejo le majhno količino pogonskega goriva, njihovi motorji delujejo neprekinjeno. Torej, čeprav je kemična raketa morda hitrejša pri pospeševanju plovila, ji hitro zmanjka goriva. Ne toliko z ionskim pogonom (ali prihodnjimi impulznimi pogoni). Ionski pogon bo pospeševal plovilo za dneve, mesece in leta. Omogoča vesoljski ladji, da doseže večjo najvišjo hitrost, kar je pomembno za treking po sončnem sistemu.

Še vedno ni impulzni motor. Tehnologija ionskega pogona je vsekakor uporaba tehnologije impulznega pogona, vendar se ne ujema z takoj razpoložljivo sposobnostjo pospeševanja motorjev, prikazanih na Zvezdne steze in drugi mediji.

Plazemski motorji

Prihodnji vesoljski popotniki bodo morda uporabili nekaj še bolj obetavnega: tehnologijo plazemskega pogona. Ti motorji uporabljajo elektriko za pregrevanje plazme in jo nato s pomočjo močnih magnetnih polj izvržejo iz zadnjega dela motorja. Imajo nekaj podobnosti z ionskimi pogoni, saj uporabljajo tako malo pogonskega goriva, da lahko delujejo dlje časa, zlasti v primerjavi s tradicionalnimi kemičnimi raketami.

Vendar so veliko močnejši. Plovilo bi lahko poganjali s tako visoko hitrostjo, da bi lahko raketa na plazemski pogon (z uporabo tehnologije, ki je danes na voljo) pripeljala plovilo na Mars v nekaj več kot enem mesecu. Primerjajte ta podvig s skoraj šestimi meseci, ki bi jih potrebovalo plovilo na tradicionalni pogon.

Ali je Zvezdne steze ravni inženiringa? Ne čisto. Je pa vsekakor korak v pravo smer.

Čeprav morda še nimamo futurističnih pogonov, se lahko zgodijo. Z nadaljnjim razvojem, kdo ve? Morda bodo impulzivni pogoni, kakršni so prikazani v filmih, nekega dne resničnost.

Uredil in posodobilCarolyn Collins Petersen.