Impulse Drive: Sub-lightspeed w Star Trek

Trekkies pomogły zdefiniować wszechświat science fiction, wraz z technologią, którą Star Trek obiecują seriale, książki i filmy. Jedną z najbardziej poszukiwanych technologii z tych programów jest napęd warp. Ten system napędowy jest używany na statkach kosmicznych wielu gatunków w Trekiverse, aby przedostać się przez galaktyka w niewiarygodnie krótkim czasie (miesiące lub lata w porównaniu do stuleci, które zajęłaby „zaledwie” prędkość światła). Jednak nie zawsze jest powód do korzystania napęd warpi czasami statki w Star Trek użyj impulsu moc, aby przejść z prędkością światła.

Dziś misje rozpoznawcze wykorzystują rakiety chemiczne do podróżowania w przestrzeni kosmicznej. Rakiety te mają jednak kilka wad. Wymagają dużych ilości paliwa (paliwa) i są na ogół bardzo duże i ciężkie. Silniki impulsowe, takie jak te przedstawione na statku gwiezdnym Przedsiębiorstwo, zastosować nieco inne podejście do przyspieszenia statku kosmicznego. Zamiast używać reakcji chemicznych do poruszania się w przestrzeni, używają reaktora jądrowego (lub czegoś podobnego) do dostarczania energii elektrycznej do silników.

Ta elektryczność podobno zasila duże elektromagnesy, które wykorzystują energię zgromadzoną na polach do napędzania statku lub więcej prawdopodobnie przegrzewa plazmę, która jest następnie kolimowana przez silne pola magnetyczne i wypluwa tył jednostki, aby ją przyspieszyć Naprzód. Wszystko brzmi bardzo skomplikowanie i tak jest. W rzeczywistości jest to możliwe, ale nie z obecną technologią.

W efekcie silniki impulsowe stanowią krok naprzód w stosunku do obecnych rakiet zasilanych chemicznie. Nie idą szybciej niż prędkość światła, ale są szybsze niż cokolwiek, co mamy dzisiaj. To chyba tylko kwestia czasu, zanim ktoś wymyśli, jak je zbudować i wdrożyć.

Czy moglibyśmy kiedyś mieć silniki impulsowe?

Dobra wiadomość o „pewnego dnia” jest taka, że ​​podstawową przesłanką napędu impulsowego jest naukowo uzasadnione. Istnieją jednak pewne kwestie do rozważenia. W filmach statki kosmiczne mogą wykorzystywać silniki impulsowe do przyspieszenia do znacznej części prędkości światła. Aby osiągnąć te prędkości, moc generowana przez silniki impulsowe musi być znacząca. To ogromna przeszkoda. Obecnie nawet w przypadku energii jądrowej wydaje się mało prawdopodobne, abyśmy mogli wytworzyć wystarczający prąd do zasilania takich napędów, szczególnie w przypadku tak dużych statków. To jest jeden problem do rozwiązania.

Ponadto pokazy często przedstawiają silniki impulsowe stosowane w atmosferach planetarnych oraz w mgławicach, chmurach gazu i pyłu. Jednak każda konstrukcja napędów impulsowych zależy od ich działania w próżni. Gdy tylko statek kosmiczny wejdzie w obszar o wysokiej gęstości cząstek (jak atmosfera lub chmura gazu i pyłu), silniki staną się bezużyteczne. Tak więc, chyba że coś się zmieni (a ty nie możesz zmienić praw fizyki, kapitanie!), Popędy impulsowe pozostają w sferze science fiction.

Napędy impulsowe brzmią całkiem nieźle, prawda? Cóż, istnieje kilka problemów z ich użyciem, jak opisano w science fiction. Jeden jest dylatacja czasu: Za każdym razem, gdy jednostka podróżuje z relatywistycznymi prędkościami, pojawiają się obawy o dylatację czasu. Mianowicie, w jaki sposób oś czasu pozostaje spójna, gdy pojazd porusza się z prędkością bliską światła? Niestety nie można tego obejść. Właśnie dlatego silniki impulsowe są często ograniczone w science fiction do około 25% prędkość światła gdzie efekty relatywistyczne byłyby minimalne.

Drugim wyzwaniem dla takich silników jest miejsce ich działania. Są najbardziej skuteczne w próżni, ale często widzimy je w Treku, gdy wchodzą do atmosfery lub biczują chmury gazu i pyłu zwane mgławicami. Silniki, jak się obecnie wyobraża, nie sprawdzałyby się w takich środowiskach, więc to kolejny problem, który należałoby rozwiązać.

Jednak nie wszystko jest stracone. Napędy jonowe, które wykorzystują bardzo podobne koncepcje do technologii napędu impulsowego, są używane na pokładzie statku kosmicznego od lat. Jednak ze względu na duże zużycie energii nie są one w stanie bardzo skutecznie przyspieszać jednostek. W rzeczywistości silniki te są wykorzystywane jedynie jako pierwotne układy napędowe na statku międzyplanetarnym. Oznacza to, że tylko sondy podróżujące na inne planety miałyby silniki jonowe. Na przykład statek kosmiczny Dawn ma napęd jonowy, który celował w karłowatą planetę Ceres.

Ponieważ napędy jonowe potrzebują tylko niewielkiej ilości paliwa, ich silniki pracują w sposób ciągły. Tak więc, podczas gdy rakieta chemiczna może szybciej przyspieszać jednostkę, szybko wyczerpuje się jej paliwo. Nie tyle z napędem jonowym (lub przyszłymi napędami impulsowymi). Napęd jonowy przyspieszy statek na wiele dni, miesięcy i lat. Pozwala statkowi kosmicznemu osiągnąć większą prędkość maksymalną, co jest ważne przy trekkingach w całym Układzie Słonecznym.

To wciąż nie jest silnik impulsowy. Technologia napędu jonowego jest z pewnością zastosowaniem technologii napędu impulsowego, ale nie odpowiada łatwo dostępnej zdolności przyspieszania silników przedstawionej w Star Trek i inne media.

Przyszli podróżnicy kosmiczni mogą skorzystać z czegoś jeszcze bardziej obiecującego: technologii napędu plazmowego. Silniki te wykorzystują energię elektryczną do przegrzania plazmy, a następnie wyrzucają ją z tyłu silnika za pomocą silnych pól magnetycznych. Mają pewne podobieństwo do napędów jonowych, ponieważ zużywają tak mało paliwa, że ​​są w stanie działać przez długi czas, szczególnie w porównaniu z tradycyjnymi rakietami chemicznymi.

Są jednak znacznie potężniejsze. Będą w stanie napędzać statek z tak dużą prędkością, że rakieta napędzana plazmą (wykorzystując dostępną obecnie technologię) może dostać się na Marsa w niewiele ponad miesiąc. Porównaj ten wyczyn z prawie sześcioma miesiącami, które zajęłoby rzemiosło napędzane tradycyjnie.

Czy to jest Star Trek poziomy inżynierii? Nie do końca. Ale to zdecydowanie krok we właściwym kierunku.

Chociaż możemy jeszcze nie mieć futurystycznych napędów, mogą się zdarzyć. Z dalszym rozwojem, kto wie? Może napędy impulsowe, takie jak te przedstawione w filmach, kiedyś staną się rzeczywistością.

Edytowane i zaktualizowane przez Carolyn Collins Petersen.