Nové vesmírne pohony – sny a realita

Pohon „baterky“, „hyperdrive“, nazývaný aj „warp“ podľa televízneho seriálu Star Trek, je sci-fi, však? Ukazuje sa, že možno, ale NASA na tom aj tak pracuje. Nedávno sa objavili správy o štúdii internej agentúry o uskutočniteľnosti použitia tohto typu prenosu. Čo sa teda v skutočnosti deje s týmito alternatívnymi pohonmi budúcnosti?

Na začiatok si treba ujasniť, že NASA nezostaví motor, ktorý dosiahne a. V tejto štúdii sa skúsený fyzik pohonu Dr. Harold White z Infinite Space Institute pokúša vyriešiť vážny paradox toho, čo je možno najznámejším teoretickým modelom cestovania rýchlejšie ako svetlo, tiež známym ako Alcubier Drive (1).

1. Vizualizácia časopriestorového záhybu okolo warpovej lode - Alcubierre

Model, ktorý prvýkrát navrhol teoretický fyzik Miguel Alcubierre, je v súlade Einsteinova teória. Funguje to podobne ako známy trik s obrusom a riadom. KA je na časopriestorovom obruse, aktuátor energicky stiahne látku obrusu pod seba a KA sa mihnutím oka ocitne na novom mieste vo vzťahu k látke. Alcubière opísal časopriestor ako expandujúci na jednej strane lode a zmenšujúci sa na druhej, čiastočne vďaka použitiu negatívnej energie. Má vytvoriť určitú kapsu v časopriestore, v ktorej môže vesmírna loď operovať mimo nám známych hraníc fyziky. Pojem negatívnej energie je exotický, ale.

Problém nie je len v negatívnej energii, ale aj v tom, že smer pohybu kozmickej lode v tomto modeli je pri použití pohonného zariadenia ľubovoľný, nedá sa ovládať. Tu prichádza na rad spomínaný doktor White, ktorý navrhuje inú paradigmu. Namiesto stacionárna kozmická loď aktiváciou motora Alcubierre zo zastavenej polohy výskumník navrhuje "kozmickú loď vzlietnujúc zo Zeme a nastaviť počiatočnú rýchlosť svetla a potom spustiť warp pole." "Hybnosť poľa pôsobí ako skalárny faktor na počiatočnú rýchlosť, čo vedie k oveľa vyššej zdanlivej rýchlosti," napísal White. Smer letu sa teda určí pred „hyperpriestorovým skokom“. Vo svojom zdôvodnení ponúka aj metódu na zníženie potreby energie.

White končí svoju argumentáciu tým, že to navrhne Alcubière Drive mohol byť spočiatku použitý interne bez toho, aby bol vrhnutý do širokých medzihviezdnych priestorov. Aj na týchto menších mierkach by to už bolo niečo. V súčasnosti trvá dosiahnutie Mesiaca približne tri dni a v najlepšej konfigurácii približne 6-8 mesiacov na Mars. To máme z pohonných systémov založených na miešaní kvapalného vodíka s kyslíkom a ich spaľovaní v raketách. Pre niektorých to, čo teraz používame, nie je pohon, ale dokonca barlička. Preto hľadanie alternatív.

Pádlo, ktorým sa odtlačíte od vesmíru

Ďalším hľadačom je 80-ročný profesor fyziky na dôchodku. Jim Woodwardktorý prišiel s myšlienkou využiť Machov princíp na pohon vesmírnych lodí. Všetka hmota vo vesmíre je úzko prepojená a hmotnosť telesa nie je jeho vnútornou charakteristikou, ale dôsledkom jeho ostatných častí. Podľa Machovho princípu zotrvačnosť hmoty (odolnosť voči zrýchleniu) nevyplýva z vnútorných vlastností hmoty, ale je mierou jej interakcie s celým vesmírom. zotrvačnosť deje sa to len preto, že vo vesmíre zostala nejaká hmota. Tento princíp sformuloval ako hypotézu rakúsky fyzik a filozof XNUMX. storočia. Ernst Mach. Toto bola jedna z inšpirácií Alberta Einsteina pre jeho všeobecnú teóriu relativity (GRT), ale nakoniec to bolo v rozpore s ňou.

lesník vytvára maloletú pre NASA prototypové pohonné systémy (2), ktorý on sám nazýva MEGA Drive. Nepotrebujú palivo, len neustály prísun elektriny. Najdôležitejšia vec v tomto rozložení piezoelektrické diskyktoré pôsobením dodanej energie súčasne menia svoje hmotnostné a energetické stavy, čo spôsobuje zrýchlenie. Je založená na pomalom zrýchľovaní, ale počas veľmi dlhého obdobia. Kozmická loď poháňaná MEGA by mohla nakoniec dosiahnuť rýchlosť blízku rýchlosti svetla, povedal Woodward, so stálou dodávkou elektriny z palubného jadrového reaktora niekoľko desaťročí.

2. Jeden z prototypov MEGA Drive

Jeho tím používa v prototypoch hromadu piezoelektrických kryštálov s elektródami vloženými medzi ne, ktoré fungujú ako kondenzátor. Keď sa na zväzok medzi elektródami v piezoelektrickom materiáli privedie napätie, generuje sa striedavé elektrické pole. To spôsobuje zmenu hustoty energie, kolísanie energie. Piezoelektrické kryštály sú elektromechanické zariadenia, čo znamená, že pri pôsobení napätia sa mechanicky rozťahujú a zmršťujú v závislosti od znamienka napätia. Podľa Woodwarda to spôsobuje zrýchlenie v dôsledku zmien rozmerov stohu v dôsledku elektromechanických vplyvov, pričom súčasne spôsobuje potrebné zrýchlenie v umiestnení zariadenia umiestneného vo veľkom gravitačné pole. Trik tu, hovoria výskumníci, spočíva v tom, že energetické vibrácie a mechanické vibrácie sú správne synchronizované, čo si vyžaduje použitie dvoch frekvencií, prvej a druhej harmonickej, a táto druhá harmonická musí vytvoriť sekvenciu.

V experimentálnych testoch sa podľa publikácie prototypu podarilo vytvoriť ťah 20 mikronewtonov. Nie veľa, preto vedci hovoria o použití mnohých týchto „motorov“ na jednej lodi.

Woodwardova práca na jeho MEGA pohon prebieha už vyše tridsať rokov. V roku 2017 získal financie z programu NASA Innovative Advanced Concepts. Po financovaní sa Woodward a jeho partneri dokonca vyvinuli koncept otvorenej kozmickej lode pomenovaný SSI lambdaktorý obsahuje pole stoviek MEGA diskov. Nedávno najnovší prototyp prevodovky MEGA produkoval výrazne väčší ťah ako všetky jeho predchádzajúce prototypy. Teraz existujú plány na vyslanie prototypu na obežnú dráhu.

Iní výskumníci sú však voči tomuto projektu skeptickí. Mike McDonald, letecký inžinier z námorného výskumného laboratória v Marylande, pre magazín Wired povedal, že šanca, že to bude fungovať, je malá.

Iónové a jadierka

Machov pohonkde tím prof. Woodward odkazuje na neštandardné projekty a je stále považovaný za exotický. Existujú aj iné „mainstreamovejšie“ nápady na pomalé zrýchľovanie. kozmická loď pre vysoké rýchlosti. Po prvé, iónové akumulátory (3). Séria takýchto systémov je príliš malá na to, aby prekonala gravitačné pole Zeme, teda aby vzlietla. Vo vesmíre však môže iónový motor dosiahnuť rýchlosť, akú nedosiahne žiadna chemická raketa. chemické rakety môže dosiahnuť maximálne 64 000 km/h. Odhaduje sa, že iónové trysky poháňajú lode až päťnásobkom ich rýchlosti. Navyše iónové motory majú palivovú účinnosť 90 percent, zatiaľ čo chemické rakety len 35 percent.

3. Satelit s iónovým motorom

Iónové trysky sa roky používajú v misiách NASA, vr. AT Hlboký priestor 1, teda pri štúdiu asteroidu 9969 Braillovo písmo a kométy Borelli, v misii Dawn, ktorá dosiahla Vesta a Ceres. Iónové trysky sú potenciálne sľubné pre medzihviezdne cestovanie, ale majú aj obmedzenia. Iónové trysky vyžadujú elektrinu. Solárne články je možné v tomto ohľade použiť len v bližších častiach slnečnej sústavy. Pre ďalšie expedície sú potrebné ďalšie zdroje, z ktorých najčastejšie sú jadrové reaktory.

A tak sme sa dostali jadrový motorktorý je oveľa silnejší ako iónové trubice alternatíva k chemickým raketám vo vesmíre. Aj keď v užšom slova zmysle je taká myšlienka ako napr. tepelný jadrový pohon (NTP) je stále chemická látka podobná kvapalnému vodíku. Energia štiepenia produkovaná v reaktore zohriala palivo do plynnej formy a bola vyvrhnutá tryskou podobnou tradičným raketám. Takéto pohony by umožnili získať dvakrát väčší ťah. A to znamená, že čas cesty sa skráti na polovicu, čo pravdepodobne nikto nezanedbá.

Samozrejme, ak nie je problém s rýchlosťou a časom, čo môže byť v budúcnosti prípad cestovného ruchu či dokonca vesmírnej rekreácie, potom by sme mali zvážiť alternatívne riešenia pohonu ako napr. solárne plachty. V poslednej dobe je takáto schéma tzv Svetelná plachta 2 (4) testovala na obežnej dráhe organizácia s názvom Planetary Society. Hovorí, že skúšky sú inšpiratívne.

Tak ktovie, či to pre niektorých nie je jedna zo schodných ciest vesmírny výlet. Slnečný vietor je na rozdiel od negatívnej energie alebo Machovho princípu niečím ustáleným v existencii a pôsobení, a preto sa kozmické plachty zdajú reálnejšie ako sny o „superluminozite“.