Impulsa piedziņa: Star -rek ātrgaitas ātrums

Trekkies ir palīdzējuši definēt zinātniskās fantastikas visumu, kā arī tehnoloģijas, kuras Zvaigžņu treks sērijas, grāmatas un filmas sola. Viena no šovu vispieprasītākajām tehnoloģijām ir velku piedziņa. Šī vilces sistēma tiek izmantota daudzu sugu kosmosa kuģos Trekiversā, lai šķērsotu galaktika pārsteidzoši īsos laikos (mēnešos vai gados, salīdzinot ar gadsimtiem, kas būtu nepieciešami "tikai" gaismas ātrumu). Tomēr ne vienmēr ir iemesls to izmantot velku piedziņa, un tā, dažreiz kuģi Star Trek izmantot impulsu spēks iet pie zema apgaismojuma ātruma.

Mūsdienās izpētes misijās tiek izmantotas ķīmiskās raķetes, lai ceļotu pa kosmosu. Tomēr šīm raķetēm ir vairāki trūkumi. Tie prasa lielu daudzumu propelenta (degvielas) un parasti ir ļoti lieli un smagi. Dzinēju impulsi, piemēram, tie, kas attēloti kā eksistējoši uz zvaigznītes Uzņēmējdarbība, izmantojiet nedaudz atšķirīgu pieeju, lai paātrinātu kosmosa kuģi. Tā vietā, lai izmantotu ķīmiskās reakcijas, lai pārvietotos pa kosmosu, viņi izmanto kodolreaktoru (vai kaut ko līdzīgu), lai piegādātu elektrību motoriem.

Domājams, ka šī elektrība darbina lielos elektromagnētus, kas laukos uzkrāto enerģiju izmanto kuģa dzenāšanai vai, vēl vairāk iespējams, pārkarsē plazmu, ko pēc tam kolimē spēcīgi magnētiskie lauki un izspiež kuģa aizmuguri, lai to paātrinātu uz priekšu. Tas viss izklausās ļoti sarežģīti, un tā arī ir. Tas faktiski ir darāms, b ut nevis ar pašreizējām tehnoloģijām.

Faktiski impulsu dzinēji ir solis uz priekšu no pašreizējām ar ķīmiju darbināmām raķetēm. Viņi neiet ātrāk nekā gaismas ātrums, bet viņi ir ātrāki par visu, kas mums šodien ir. Droši vien tas ir tikai laika jautājums, pirms kāds izdomā, kā tos izveidot un izvietot.

Vai mums kādreiz varētu būt impulsu dzinēji?

Labās ziņas par "kādreiz" ir tas, ka impulsa piedziņas pamatnoteikums ir zinātniski pamatoti. Tomēr ir daži jautājumi, kas jāņem vērā. Filmās zvaigznītes spēj izmantot savus impulsa dzinējus, lai paātrinātu līdz ievērojamam gaismas ātruma daļai. Lai sasniegtu šos ātrumus, impulsu motoru ģenerētajai jaudai jābūt ievērojamai. Tas ir milzīgs šķērslis. Pašlaik pat ar kodolenerģiju šķiet maz ticams, ka mēs varētu radīt pietiekamu strāvu, lai darbinātu šādus diskus, it īpaši tik lieliem kuģiem. Tā ir viena problēma, kas jāpārvar.

Arī šovos bieži tiek attēloti impulsu motori, kas tiek izmantoti planētas atmosfērā un miglājos, gāzes un putekļu mākoņos. Tomēr katrs impulsa veida piedziņas dizains ir atkarīgs no to darbības vakuumā. Tiklīdz zvaigžņu kuģis nokļūst apgabalā ar lielu daļiņu blīvumu (piemēram, atmosfērā vai gāzes un putekļu mākonī), dzinēji kļūs bezjēdzīgi. Tātad, ja kaut kas nemainās (un jūs nevarat mainīt fizikas likumus, kaptein!), Impulsu virzīšana paliek zinātniskās fantastikas jomā.

Impulsu piedziņas izklausās diezgan labi, vai ne? Nu, ir dažas problēmas ar to izmantošanu, kā aprakstīts zinātniskajā fantastikā. Viens ir laika dilatācija: Ikreiz, kad kuģis pārvietojas ar relativistisku ātrumu, rodas bažas par laika paplašināšanos. Proti, kā laika josla paliek konsekventa, ja kuģis pārvietojas gandrīz gaismas ātrumā? Diemžēl tam nav nekādas iespējas. Tāpēc zinātniskās fantastikas impulsdzinēji bieži tiek ierobežoti līdz aptuveni 25% no gaismas ātrums kur relativistiskie efekti būtu minimāli.

Otra problēma šādiem motoriem ir tur, kur tie darbojas. Tie ir visefektīvākie vakuumā, bet mēs tos bieži redzam Trekā, kad tie nonāk atmosfērā vai pātagas caur gāzes un putekļu mākoņiem, ko sauc par miglājiem. Dzinēji, kā šobrīd tiek iedomāts, šādās vidēs nederētu, tāpēc tas ir vēl viens jautājums, kas būtu jāatrisina.

Tomēr ne viss tiek zaudēts. Jonu piedziņas, kuras izmanto ļoti līdzīgus jēdzienus kā impulsa piedziņas tehnoloģija, jau vairākus gadus tiek izmantotas kosmosa kuģos. Tomēr, ņemot vērā to lielo enerģijas patēriņu, tie nav ļoti efektīvi paātrināt kuģi. Faktiski šie motori tiek izmantoti tikai kā starpplanētu kuģa galvenā piedziņas sistēma. Tas nozīmē, ka jonu motorus pārvadā tikai zondes, kas dodas uz citām planētām. Piemēram, kosmosa kuģī Dawn ir jonu piedziņa, kuras mērķis ir pundurplanēta Ceres.

Tā kā jonu piedziņai darboties ir nepieciešams tikai neliels daudzums propelenta, to dzinēji darbojas nepārtraukti. Tātad, lai arī ķīmiskajai raķetei ir ātrāk panākt, lai kuģis iegūtu ātrumu, tai ātri izbeidzas degviela. Ne tik daudz ar jonu piedziņu (vai nākotnes impulsu piedziņu). Jonu piedziņa paātrinās kuģi dienām, mēnešiem un gadiem. Tas ļauj kosmosa kuģim sasniegt lielāku maksimālo ātrumu, un tas ir svarīgi pārgājienā pa Saules sistēmu.

Tas joprojām nav impulsu dzinējs. Jonu piedziņas tehnoloģija noteikti ir impulsa piedziņas tehnoloģijas pielietojums, taču tā neatbilst viegli pieejamajām paātrināšanas spējām motoriem, kas attēloti Zvaigžņu treks un citi plašsaziņas līdzekļi.

Nākotnes kosmosa ceļotāji var izmantot kaut ko vēl daudzsološāku: plazmas piedziņas tehnoloģiju. Šie dzinēji izmanto elektrību, lai pārkarsētu plazmu, un pēc tam to izvada no motora aizmugures, izmantojot spēcīgus magnētiskos laukus. Viņiem ir zināma līdzība ar jonu piedziņām, jo ​​tie izmanto tik maz propelenta, ka spēj ilgstoši darboties, īpaši attiecībā pret tradicionālajām ķīmiskajām raķetēm.

Tomēr tie ir daudz jaudīgāki. Viņi spētu kuģi virzīt ar tik lielu ātrumu, ka ar plazmu darbināma raķete (izmantojot mūsdienās pieejamo tehnoloģiju) nedaudz vairāk kā mēneša laikā varētu nokļūt ar kuģi uz Marsu. Salīdziniet šo varoņdarbu ar gandrīz sešiem mēnešiem, ja tas prasītu tradicionāli darbināmu kuģi.

Vai tas ir Zvaigžņu treks inženierijas līmeņi? Ne īsti. Bet tas noteikti ir solis pareizajā virzienā.

Lai gan mums, iespējams, vēl nav futūristisku stimulu, tie varētu notikt. Kas zina tālāk? Varbūt impulsu virzītājspēki, piemēram, tie, kas attēloti filmās, kādu dienu būs realitāte.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.