Impulse Drive: Υπο-φώτα ταχύτητας στο Star Trek

Οι Trekkies βοήθησαν να καθοριστεί το σύμπαν της επιστημονικής φαντασίας, μαζί με την τεχνολογία του Star Trek σειρές, βιβλία και ταινίες υπόσχονται. Μια από τις πιο περιζήτητες τεχνολογίες από αυτές τις εκπομπές είναι η warp drive. Αυτό το σύστημα πρόωσης χρησιμοποιείται στα διαστημόπλοια πολλών ειδών στο Trekiverse για να περάσει γαλαξία σε εκπληκτικά μικρές εποχές (μήνες ή χρόνια σε σύγκριση με τους αιώνες που θα έπαιρνε σε "απλά" την ταχύτητα του φωτός). Ωστόσο, δεν υπάρχει πάντα λόγος να χρησιμοποιείτε warp drive, και έτσι, μερικές φορές τα πλοία στο Star Trek χρήση ώθησης δύναμη να πάει σε υπο-φως ταχύτητα.

Σήμερα, διερευνητικές αποστολές χρησιμοποιούν χημικές ρουκέτες για να ταξιδέψουν στο διάστημα. Ωστόσο, αυτές οι ρουκέτες έχουν αρκετά μειονεκτήματα. Απαιτούν μεγάλες ποσότητες προωθητικού (καυσίμου) και είναι γενικά πολύ μεγάλες και βαριές. Κινητήρες ώθησης, όπως αυτοί που απεικονίζονται να υπάρχουν στο διαστημόπλοιο Επιχείρηση, ακολουθήστε μια ελαφρώς διαφορετική προσέγγιση για την επιτάχυνση ενός διαστημικού σκάφους. Αντί να χρησιμοποιούν χημικές αντιδράσεις για να κινούνται μέσω του διαστήματος, χρησιμοποιούν έναν πυρηνικό αντιδραστήρα (ή κάτι παρόμοιο) για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος στους κινητήρες.

Ότι ο ηλεκτρισμός υποτίθεται ότι εξουσιοδοτεί μεγάλους ηλεκτρομαγνήτες που χρησιμοποιούν την ενέργεια που αποθηκεύεται στα πεδία για να προωθήσουν το πλοίο ή, περισσότερο πιθανό, πλάσμα υπερθέρμανσης που στη συνέχεια περικλείεται από ισχυρά μαγνητικά πεδία και φτύνει το πίσω μέρος του σκάφους για να το επιταχύνει προς τα εμπρός. Όλα ακούγονται πολύ περίπλοκα, και είναι. Είναι στην πραγματικότητα ικανό, όχι με την τρέχουσα τεχνολογία.

Ουσιαστικά, οι κινητήρες ώθησης αντιπροσωπεύουν ένα βήμα μπροστά από τους σημερινούς πυραύλους που λειτουργούν με χημικά. Δεν πηγαίνουν πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός, αλλά είναι ταχύτερα από οτιδήποτε έχουμε σήμερα. Είναι πιθανότατα μόνο θέμα χρόνου πριν κάποιος δείξει πώς να τα κατασκευάσει και να τα αναπτύξει.

Θα μπορούσαμε κάποια μέρα να έχουμε κινητήρες ώθησης;

Τα καλά νέα για "κάποια μέρα", είναι ότι η βασική προϋπόθεση μιας ώθησης ώθησης είναι επιστημονικά ήχο. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα θέματα που πρέπει να εξεταστούν. Στις ταινίες, τα αστικά πλοία μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους κινητήρες ώθησης για να επιταχύνουν σε σημαντικό ποσοστό της ταχύτητας του φωτός. Προκειμένου να επιτευχθούν αυτές οι ταχύτητες, η ισχύς που παράγεται από τις κινητήρες ώθησης πρέπει να είναι σημαντική. Αυτό είναι ένα τεράστιο εμπόδιο. Επί του παρόντος, ακόμη και με την πυρηνική ενέργεια, φαίνεται απίθανο ότι θα μπορούσαμε να παράγουμε αρκετό ρεύμα για να τροφοδοτήσουμε τέτοιες κινήσεις, ειδικά για τέτοια μεγάλα πλοία. Έτσι, αυτό είναι ένα πρόβλημα που πρέπει να ξεπεραστεί.

Επίσης, οι εμφανίσεις συχνά απεικονίζουν τους κινητήρες ώθησης που χρησιμοποιούνται σε πλανητικές ατμόσφαιρες και σε νεφελώματα, σύννεφα αερίου και σκόνης. Ωστόσο, κάθε σχεδίαση παρόμοιων παροχέων βασίζεται στη λειτουργία τους σε κενό. Μόλις το διαστημόπλοιο εισέλθει σε μια περιοχή με υψηλή πυκνότητα σωματιδίων (όπως μια ατμόσφαιρα ή ένα νέφος αερίου και σκόνης), οι κινητήρες θα καταστούν άχρηστοι. Έτσι, αν δεν αλλάξει κάτι (και μπορείτε να αλλάξετε τους νόμους της φυσικής, Captain!), Οι κινήσεις ώθησης παραμένουν στο χώρο της επιστημονικής φαντασίας.

Οι κινήσεις ώθησης ακούγονται αρκετά καλά, σωστά; Λοιπόν, υπάρχουν μερικά προβλήματα με τη χρήση τους όπως περιγράφεται στην επιστημονική φαντασία. Ενα είναι χρονική διαστολή: Κάθε φορά που ένα σκάφος ταξιδεύει σε σχετικιστικές ταχύτητες, προκύπτουν ανησυχίες για διαστολή του χρόνου. Δηλαδή, με ποιο τρόπο η χρονική γραμμή παραμένει σταθερή όταν το σκάφος ταξιδεύει σε ταχύτητες κοντά στο φως; Δυστυχώς, δεν υπάρχει τρόπος γύρω από αυτό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κινητήρες ώθησης συχνά περιορίζονται στην επιστημονική φαντασία στο 25% περίπου ταχύτητα του φωτός όπου τα σχετικιστικά αποτελέσματα θα ήταν ελάχιστα.

Η άλλη πρόκληση για τέτοιους κινητήρες είναι εκεί όπου λειτουργούν. Είναι πιο αποτελεσματικά σε ένα κενό, αλλά τα βλέπουμε συχνά στο Trek καθώς εισέρχονται σε ατμόσφαιρες ή μαστίγια μέσω σύννεφων αερίου και σκόνης που ονομάζονται νεφελώματα. Οι κινητήρες όπως φανταζόταν σήμερα δεν θα έκαναν καλά σε τέτοια περιβάλλοντα, οπότε αυτό είναι ένα άλλο ζήτημα που θα πρέπει να λυθεί.

Ωστόσο, δεν χάνονται όλοι. Οι ιονίστριες μονάδες, οι οποίες χρησιμοποιούν πολύ παρόμοιες έννοιες με την τεχνολογία κίνησης ώθησης, χρησιμοποιούνται επί χρόνια στο διαστημικό σκάφος. Ωστόσο, λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, δεν είναι αποτελεσματικά στην επιτάχυνση του σκάφους πολύ αποτελεσματικά. Στην πραγματικότητα, αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνται μόνο ως πρωτεύοντα συστήματα πρόωσης σε ένα διαπλανητικό σκάφος. Αυτό σημαίνει ότι μόνο ανιχνευτές που ταξιδεύουν σε άλλους πλανήτες θα μεταφέρουν κινητήρες ιόντων. Υπάρχει μια κίνηση ιόντων στο διαστημικό σκάφος Dawn, για παράδειγμα, που στοχεύει στον νάνο πλανήτη Ceres.

Δεδομένου ότι οι κινητήρες ιόντων χρειάζονται μόνο μια μικρή ποσότητα προωθητικού για λειτουργία, οι κινητήρες τους λειτουργούν συνεχώς. Έτσι, ενώ ένας χημικός πυραύλος μπορεί να είναι πιο γρήγορος για να πάρει ένα σκάφος μέχρι την ταχύτητα, γρήγορα εξαντλείται καυσίμων. Δεν είναι τόσο πολύ με μια κίνηση ιόντων (ή μελλοντικές κινήσεις ώθησης). Μια κίνηση ιόντων θα επιταχύνει ένα σκάφος για ημέρες, μήνες και χρόνια. Επιτρέπει στο διαστημόπλοιο να φτάσει σε μεγαλύτερη τελική ταχύτητα και αυτό είναι σημαντικό για πεζοπορία σε όλο το ηλιακό σύστημα.

Δεν είναι ακόμα ένας κινητήρας ώθησης. Η τεχνολογία κίνησης των ιόντων είναι σίγουρα μια εφαρμογή τεχνολογίας κίνησης παλμών, αλλά δεν ανταποκρίνεται στην εύκολα διαθέσιμη ικανότητα επιτάχυνσης των κινητήρων που απεικονίζονται στο Star Trek και άλλα μέσα.

Οι μελλοντικοί διαστημικοί ταξιδιώτες μπορούν να χρησιμοποιήσουν κάτι ακόμα πιο ελπιδοφόρο: τεχνολογία κίνησης πλάσματος. Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα για να υπερθερμάνουν το πλάσμα και στη συνέχεια το βγάζουν από το πίσω μέρος του κινητήρα χρησιμοποιώντας ισχυρά μαγνητικά πεδία. Φορούν κάποια ομοιότητα με τους ιόντες, επειδή χρησιμοποιούν τόσο λίγο προωθητικό ώστε να μπορούν να λειτουργούν για μεγάλες χρονικές περιόδους, ειδικά σε σχέση με τις παραδοσιακές χημικές ρουκέτες.

Ωστόσο, είναι πολύ πιο ισχυροί. Θα μπορούσαν να προωθήσουν το σκάφος σε τόσο υψηλό ρυθμό ώστε ένας πυραύλων με πλάσμα (χρησιμοποιώντας την τεχνολογία που είναι διαθέσιμος σήμερα) θα μπορούσε να πάρει ένα σκάφος στον Άρη σε λίγο περισσότερο από ένα μήνα. Συγκρίνετε αυτό το κατόρθωμα με τους σχεδόν έξι μήνες θα χρειαζόταν ένα παραδοσιακά ηλεκτροκίνητο σκάφος.

Είναι Star Trek επίπεδα μηχανικής; ΟΧΙ ακριβως. Είναι σίγουρα ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση.

Ενώ δεν μπορούμε να έχουμε φουτουριστικές κινήσεις ακόμα, θα μπορούσαν να συμβούν. Με την περαιτέρω ανάπτυξη, ποιος ξέρει; Ίσως οι κινήσεις παλμών όπως αυτές που απεικονίζονται στις ταινίες θα είναι μια μέρα πραγματικότητα.

Επεξεργάστηκε και ενημερώθηκε από Carolyn Collins Petersen.