Импулсно задвижване: Подсветка в Star Trek

Trekkies са помогнали да се определи вселената на научната фантастика, заедно с технологията, която Стар Трек сериали, книги и филми обещават. Една от най-търсените технологии от тези предавания е деформация. Тази задвижваща система се използва на космическите кораби на много видове в Трекивърс, за да се пресече галактика в невероятно кратки времена (месеци или години в сравнение с вековете, които биха били нужни на "просто" скоростта на светлината). Въпреки това, не винаги има причина да се използва деформация, и така, понякога корабите в Star Trek използвайте импулс мощност за преминаване със скорост на подсветка.

Днес изследователските мисии използват химически ракети, за да пътуват в космоса. Тези ракети обаче имат няколко недостатъка. Те изискват огромни количества гориво (гориво) и обикновено са много големи и тежки. Импулсни двигатели, като тези, изобразени да съществуват на кораба Enterprise, използвайте малко по-различен подход за ускоряване на космически кораб. Вместо да използват химически реакции за движение в космоса, те използват ядрен реактор (или нещо подобно), за да доставят електричество на двигателите.

Това електричество уж захранва големи електромагнити, които използват енергията, съхранявана в полетата, за да задвижат кораба или, още повече вероятно плазма с прегряване, която след това се колимира от силни магнитни полета и изплюва гърба на плавателния съд, за да го ускори предаде. Всичко звучи много сложно и е така. Това всъщност е възможно, но не с настоящите технологии.

Ефективно, импулсните двигатели представляват крачка напред от настоящите ракети с химическо захранване. Те не вървят по-бързо отколкото скоростта на светлината, но те са по-бързи от всичко, което имаме днес. Вероятно е само въпрос на време някой да измисли как да ги изгради и разположи.

Можехме ли някой ден да имаме импулсни двигатели?

Добрата новина за „някой ден“ е, че основната предпоставка на импулсното задвижване е научно обосновано. Има обаче някои въпроси, които трябва да се разгледат. Във филмите звездните кораби са в състояние да използват своите импулсни двигатели, за да се ускорят до значителна част от скоростта на светлината. За да се постигнат тези скорости, мощността, генерирана от импулсните двигатели, трябва да бъде значителна. Това е огромно препятствие. В момента, дори и с ядрена енергия, изглежда малко вероятно да можем да произведем достатъчно ток за захранване на такива задвижвания, особено за такива големи кораби. И така, това е един проблем за преодоляване.

Също така, предаванията често изобразяват импулсните двигатели, използвани в планетарната атмосфера и в мъглявините, облаците от газ и прах. Всеки дизайн на импулсни задвижвания обаче разчита на работата им във вакуум. Веднага след като звездният кораб навлезе в област с висока плътност на частиците (като атмосфера или облак от газ и прах), двигателите ще станат безполезни. Така че, ако нещо не се промени (и вие не можете да промените законите за физиката, капитане!), Импулсните задвижвания остават в сферата на научната фантастика.

Импулсните задвижвания звучат доста добре, нали? Е, има няколко проблема с тяхното използване, както е очертано в научната фантастика. Един е дилатация на времето: Всеки път, когато един кораб пътува с релативистични скорости, възникват опасения за разминаване на времето. А именно, как времевата линия остава в съответствие, когато плавателните съдове пътуват с почти леки скорости? За съжаление няма как да се заобиколи това. Ето защо импулсните двигатели често са ограничени в научната фантастика до около 25% от скоростта на светлината където релативистичните ефекти биха били минимални.

Другото предизвикателство за такива двигатели е къде работят. Те са най-ефективни във вакуум, но често ги виждаме в Трек, когато влизат в атмосферата или се разнасят през облаци от газ и прах, наречени мъглявини. Двигателите, както си представяме понастоящем, няма да се справят добре в такива среди, така че това е друг проблем, който трябва да бъде решен.

Не всичко обаче е загубено. Йонните задвижвания, които използват много подобни понятия за технология на импулсно задвижване, се използват на борда на космически кораби от години. Въпреки това, поради високото си използване на енергия, те не са ефективни при ускоряване на плавателните съдове много ефективно. Всъщност тези двигатели се използват само като първични задвижващи системи на междупланетен кораб. Това означава, че само сонди, пътуващи до други планети, биха носили йонни двигатели. Има например йонно задвижване на космическия кораб „Зората“, насочен към планетата джудже Церера.

Тъй като йонните задвижвания се нуждаят от малко количество гориво, за да работят, двигателите им работят постоянно. Така че, докато химическата ракета може да бъде по-бърза при достигане на скоростта на плавателния съд, в него бързо се изчерпва горивото. Не толкова с йонно задвижване (или бъдещи импулсни задвижвания). Задвижването с йони ще ускори плавателни съдове за дни, месеци и години. Тя позволява на космическия кораб да достигне по-висока максимална скорост и това е важно за преходите през цялата Слънчева система.

Все още не е импулсен двигател. Ion задвижващата технология със сигурност е приложение на импулсната задвижваща технология, но не успява да съвпадне с лесно достъпната способност за ускорение на двигателите, изобразени в Стар Трек и други медии.

Бъдещите космически пътешественици може да се възползват от нещо, което е още по-обещаващо: технология за плазмено задвижване. Тези двигатели използват електричество за прегряване на плазмата и след това я изхвърлят от задната страна на двигателя, използвайки мощни магнитни полета. Те имат някакво сходство с йонните задвижвания по това, че използват толкова малко гориво, че могат да работят за дълги периоди от време, особено по отношение на традиционните химически ракети.

Те обаче са много по-мощни. Те биха могли да задвижат кораба с толкова висока скорост, че ракета с плазмена енергия (използваща технология, налична днес) може да стигне кораб до Марс за малко повече от месец. Сравнете този подвиг с близо шест месеца, отнемащи традиционен занаят.

Така ли Стар Трек нива на инженерство? Не точно. Но определено е стъпка в правилната посока.

Въпреки че все още нямаме футуристични дискове, те могат да се случат. Кой знае с по-нататъшно развитие? Може би импулсните задвижвания като тези, изобразени във филмите, един ден ще бъдат реалност.

Редактиран и актуализиран от Каролин Колинс Петерсен.