Новые космические драйвы – мечты и реальность
«Сверхсветовой» двигатель, «гипердвигатель», также называемый «варпом» в честь сериала «Звездный путь», — это из области научной фантастики, верно? Оказывается, может быть, но НАСА все равно над этим работает. Недавно появились сообщения о внутреннем исследовании агентства о целесообразности использования этого типа трансмиссии. Так как же на самом деле обстоят дела с этими альтернативными приводами будущего?
Для начала необходимо уточнить, что НАСА не строит двигатель, который достигает и. В рассматриваемом исследовании опытный физик-двигатель доктор Гарольд Уайт из Института безграничного космоса пытается разрешить серьезный парадокс этой, возможно, самой известной теоретической модели сверхсветового путешествия (со скоростью, превышающей скорость света), также известной как Алькубьер Драйв (1 ).
1. Визуализация пространственно-временной складки вокруг варп-корабля – Алькубьерре
Модель, впервые предложенная физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре, согласуется с теория Эйнштейна. Это работает аналогично известному трюку со скатертью и посудой. КА находится на пространственно-временной скатерти, привод энергично тянет ткань скатерти под себя, и КА в мгновение ока оказывается на новом месте по отношению к ткани. Алькубьер описывал пространство-время как расширяющееся с одной стороны корабля и сжимающееся с другой благодаря, в частности, использование отрицательной энергии. Предполагается создать некий карман в пространстве-времени, в котором космический корабль может действовать за пределами известной нам физики. Концепция отрицательной энергии экзотична, но.
Проблема не только в отрицательной энергии, но и в том, что направление движения космического корабля в этой модели произвольное при использовании движителя, его невозможно контролировать. Вот здесь-то и появляется вышеупомянутый доктор Уайт, предлагающий другую парадигму. Вместо стационарный космический корабль задействуя двигатель Алькубьерре из остановленного положения, исследователь предлагает «космический корабль, вылетающий с Земли и устанавливающий начальную скорость света, а затем инициирующий варп-поле». «Импульс поля действует на начальную скорость как скалярный множитель, что приводит к гораздо большей кажущейся скорости», — писал Уайт. Таким образом, направление полета будет определено до «гиперпространственного прыжка». В своих рассуждениях он также предлагает метод снижения потребности в энергии.
Уайт заканчивает свои аргументы, предполагая, что Алькубьер Драйв изначально его можно было использовать внутри, не забрасываясь в широкие межзвездные пространства. Даже в этих меньших масштабах это уже было бы чем-то. На данный момент для достижения Луны требуется около трех дней и в лучшей конфигурации около 6-8 месяцев до Марса. Это то, что мы получаем от двигательных установок, основанных на смешении жидкого водорода с кислородом и сжигании их в ракетах. Для некоторых то, чем мы сейчас пользуемся, является не приводом, а даже костылем. Отсюда и поиск альтернатив.
Весло, чтобы оттолкнуть себя от Вселенной
Другой искатель — 80-летний профессор физики на пенсии. Джим Вудвордкоторому пришла в голову идея использовать принцип Маха для приведения в движение космических кораблей. Вся материя во Вселенной тесно связана, и масса тела является не его внутренней характеристикой, а следствием остальных его частей. Согласно принципу Маха, инерция материи (сопротивление ускорению) не вытекает из внутреннего свойства материи, а является мерой ее взаимодействия со всем мирозданием. Инерция это происходит только потому, что во Вселенной осталась какая-то материя. Этот принцип был сформулирован в виде гипотезы австрийским физиком и философом XIX в. Эрнста Маха. Это было одним из вдохновений Альберта Эйнштейна при создании общей теории относительности (ОТВ), но в конечном итоге оказалось, что оно противоречит ей.
Лесничий он создает второстепенный для НАСА прототип приводных систем (2) которую он сам называет MEGA Drive. Им не нужно топливо, только постоянная подача электроэнергии. Самое главное в этом раскладе пьезоэлектрические дискикоторые одновременно изменяют свое массовое и энергетическое состояния под действием подведенной энергии, что вызывает ускорение. Он основан на медленном ускорении, но в течение очень длительного периода. По словам Вудворда, космический корабль с двигателем MEGA может в конечном итоге достичь скорости, близкой к скорости света, имея стабильную подачу электроэнергии от бортового ядерного реактора в течение нескольких десятилетий.
2. Один из прототипов MEGA Drive
Его команда использует в прототипах стопку пьезоэлектрических кристаллов с зажатыми между ними электродами, действующими как kondensator. При подаче напряжения на стопку между электродами в пьезоэлектрическом материале возникает переменное электрическое поле. Это вызывает изменение плотности энергии, колебания энергии. Пьезоэлектрические кристаллы являются электромеханическими устройствами, что означает, что при приложении напряжения они механически расширяются и сжимаются в зависимости от знака напряжения. По Вудворду, это вызывает ускорение из-за изменения размеров стопки из-за электромеханических эффектов, в то же время вызывая необходимое ускорение в расположении устройства, расположенного в большом гравитационное поле. Как говорят исследователи, хитрость здесь заключается в том, чтобы правильно синхронизировать колебания энергии и механические колебания, что требует использования двух частот, первой и второй гармоники, и эта вторая гармоника должна создавать последовательность.
В экспериментальных испытаниях, по данным издания, на прототипе удалось создать 20 микроньютонов тяги. Немного, поэтому ученые говорят об использовании множества таких «двигателей» на одном корабле.
работа Вудворда над его МЕГА драйв продолжается уже более тридцати лет. В 2017 году он получил финансирование в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts. Получив финансирование, Вудворд и его партнеры даже разработали концептуальный открытый космический корабль названный SSI лямбдав котором находится массив из сотен дисков MEGA. Совсем недавно последний прототип трансмиссии MEGA создавал значительно большую тягу, чем все его предыдущие прототипы. Сейчас есть планы отправить прототип на орбиту.
Однако другие исследователи скептически относятся к этому проекту. Майк Макдональд, авиационный инженер из Военно-морской исследовательской лаборатории в Мэриленде, сказал журналу Wired, что шансы на то, что это сработает, невелики.
Ионные и ядрышки
Привод на основе Махана котором команда проф. Woodward, относится к нестандартным проектам и до сих пор считается экзотикой. Есть и другие более «мейнстримные» идеи медленного ускорения. космические аппараты для высоких скоростей. Во-первых, ионные накопители (3). Череда таких систем слишком мала, чтобы преодолеть гравитационное поле Земли, то есть взлететь. Однако в космосе ионный двигатель может развивать скорость, недоступную ни одной химической ракете. Химические ракеты может достигать максимальных 64 000 км/ч. По оценкам, ионные движители разгоняют корабли до пятикратной скорости. Кроме того, у ионных двигателей эффективность использования топлива составляет 90 процентов, а у химических ракет — всего 35 процентов.
3. Спутник с ионным двигателем
Ионные двигатели годами использовались в миссиях НАСА, в т.ч. В Deep Space 1, то есть в исследовании астероида 9969 Брайля и кометы Борелли, в миссии Dawn, которая достигла Весты и Цереры. Ионные двигатели потенциально перспективны для межзвездных путешествий, но они также имеют ограничения. Ионные двигатели нуждаются в электричестве. Солнечные элементы могут использоваться в этом отношении только в более близких частях Солнечной системы. Для дальнейших экспедиций нужны другие источники, наиболее распространенными из которых являются ядерные реакторы.
И вот мы добрались до ядерный двигателькоторый намного мощнее, чем ионные трубы альтернатива химическим ракетам в космосе. Хотя в строгом смысле такая идея, как, например, тепловая ядерная двигательная установка (NTP) по-прежнему является химическим веществом, подобным жидкому водороду. Энергия деления, производимая в реакторе, нагревала топливо до газообразной формы и выбрасывалась через сопло, подобное традиционным ракетам. Такие приводы позволили бы получить в два раза больше тяги. А это значит, что время в пути сократится вдвое, что, наверное, никто не будет пренебрегать.
Конечно, если скорость и время не являются проблемой, что может иметь место в будущем в туризме или даже в космическом отдыхе, то нам следует рассмотреть альтернативные решения для двигателей, такие как солнечные паруса. В последнее время такая схема называется Световой Парус 2 (4) был испытан на орбите организацией под названием Планетарное общество. Он говорит, что репетиции воодушевляют.
Так что кто знает, не является ли это одним из жизнеспособных путей для какого-то космическое путешествие. Солнечный ветер, в отличие от отрицательной энергии или принципа Маха, есть нечто устоявшееся в существовании и в действии, поэтому космические паруса кажутся более реальными, чем мечты о «сверхсветимости».
