Impulse Drive: Sub-valonopeus Star Trekissä

Trekkies ovat auttaneet määrittelemään tieteiskirjallisuusuniversumia sekä sen tekniikkaa Star Trek sarjat, kirjat ja elokuvat lupaavat. Yksi näyttelyiden halutuimmista tekniikoista on poimuajo. Tätä propulsiojärjestelmää käytetään monien lajien avaruusaluksiin Trekiverseissa pääsemään galaksi hämmästyttävän lyhyinä aikoina (kuukausia tai vuosia verrattuna vuosisatoihin, jotka se kestäisi "vain" valon nopeus). Sillä ei kuitenkaan ole aina syytä käyttää poimuajo, ja niin, joskus Star Trekin alukset käytä impulssia voima mennä osavalon nopeudella.

Nykyään etsintäoperaatiot käyttävät kemiallisia raketteja matkustaakseen avaruuden läpi. Näillä raketeilla on kuitenkin useita haittoja. Ne vaativat valtavia määriä ponneainetta (polttoainetta) ja ovat yleensä erittäin suuria ja raskaita. Impulssimoottorit, kuten ne, jotka on kuvattu olevan olemassa tähtilaivassa Laitos, Suorita hieman erilainen lähestymistapa nopeuttaaksesi avaruusalusta. Sen sijaan, että käyttäisivät kemiallisia reaktioita liikkuakseen avaruuden läpi, he käyttävät ydinreaktoria (tai jotain vastaavaa) sähkön toimittamiseen moottoreille.

Kyseisen sähkön väitetään käyttävän suuria sähkömagneetteja, jotka käyttävät kenttiin varastoitunutta energiaa laivan kuljettamiseen tai enemmän todennäköisesti ylikuumentunut plasma, joka kollimoidaan voimakkaiden magneettikentien avulla ja sylkee veneen takaosan sen kiihdyttämiseksi eteenpäin. Se kaikki kuulostaa hyvin monimutkaiselta, ja se on. Se on todella kykenevä, mutta ei nykyisen tekniikan kanssa.

Tosiasiassa impulssimoottorit edustavat askelta eteenpäin nykyisistä kemikaalikäyttöisistä raketeista. Ne eivät mene nopeammin kuin valon nopeus, mutta ne ovat nopeampia kuin mikään meillä on tänään. On todennäköisesti vain ajan kysymys, ennen kuin joku selvittää, kuinka rakentaa ja ottaa ne käyttöön.

Voisimmeko joskus olla impulssimoottoreita?

Hyvä uutinen "joskus" on, että impulssiajon perusedellytys On tieteellisesti pätevä. On kuitenkin joitain huomioitavia kysymyksiä. Elokuvissa tähtilaivat kykenevät käyttämään impulssimoottoriaan kiihdyttääkseen merkittävän osan valon nopeudesta. Nopeuksien saavuttamiseksi impulssimoottorien tuottaman tehon on oltava merkittävää. Se on valtava este. Tällä hetkellä edes ydinvoimalla näyttää epätodennäköiseltä, että voisimme tuottaa riittävästi virtaa tällaisten käyttölaitteiden käyttämiseen, etenkin niin suurille aluksille. Joten se on yksi ongelma voitettaviksi.

Lisäksi näyttelyissä esitetään usein impulssimoottoreita, joita käytetään planeettaympäristössä ja sumuissa, kaasupilvissä ja pölyssä. Jokainen impulssimaisten taajuusmuuttajien suunnittelu riippuu kuitenkin niiden toiminnasta tyhjiössä. Heti kun tähtilaiva saapuu alueelle, jolla on suuri hiukkastiheys (kuten ilmakehä tai kaasu- ja pölypilvi), moottorit muuttuvat käyttökelvottomiksi. Joten, ellei jotain muutu (ja te ette voi muuttaa fysiikan lakeja, kapteeni!), Impulssiasiat pysyvät tieteiskirjallisuuden valtakunnassa.

Impulssiajurit kuulostavat melko hyvältä, eikö niin? No, niiden käytössä on pari ongelmaa, kuten tieteiskirjallisuudessa hahmotellaan. Yksi on ajan dilaatio: Aina kun vene kulkee relativistisella nopeudella, herättää huolta ajan laajenemisesta. Nimittäin kuinka aikajana pysyy yhdenmukaisena, kun vene kulkee melkein valonopeudella? Valitettavasti tätä ei ole olemassa. Siksi impulssimoottorit ovat tieteiskirjallisuudessa usein rajoitettu noin 25%: iin valonnopeus missä relativistiset vaikutukset olisivat minimaalisia.

Toinen haaste tällaisille moottoreille on missä ne toimivat. Ne ovat tehokkaimpia tyhjiössä, mutta näemme ne usein Trekissä, kun ne tulevat ilmakehään tai ruiskautuvat kaasumaisten pilvien läpi, joita kutsutaan sumuiksi. Moottorit, kuten nykyään kuvitellaan, eivät toimisi hyvin sellaisissa ympäristöissä, joten se on toinen ongelma, joka olisi ratkaistava.

Kaikki ei ole kuitenkaan menetetty. Ionikäytöt, jotka käyttävät hyvin samankaltaisia ​​käsitteitä impulssiajotekniikkaan, ovat olleet käytössä avaruusaluksissa jo vuosia. Suureen energiankulutuksensa vuoksi ne eivät kuitenkaan ole tehokkaita kiihdyttämään veneitä kovinkaan tehokkaasti. Itse asiassa näitä moottoreita käytetään vain ensisijaisina propulsiojärjestelminä planeettavälisessä aluksessa. Tämä tarkoittaa, että vain muille planeetoille matkustavilla koettimilla olisi ionimoottoreita. Esimerkiksi Dawn-avaruusaluksessa on ioniajoneuvo, joka on suunnattu kääpiö planeetalle Ceres.

Koska ioniajoneuvot tarvitsevat toimiakseen vain pienen määrän ponneainetta, niiden moottorit toimivat jatkuvasti. Joten vaikka kemiallinen raketti voi olla nopeampi saada veneet nopeuteen, polttoaine loppuu nopeasti. Ei niin paljon ioniajoneuvolla (tai tulevaisuuden impulssiasemalla). Ioni-asema kiihdyttää veneet päivinä, kuukausina ja vuosina. Se antaa avaruusaluksen saavuttaa suuremman huippunopeuden, ja se on tärkeää vaellukselle aurinkokunnan kautta.

Se ei vieläkään ole impulssimoottori. Ionikäyttöteknologia on varmasti impulssiajotekniikan sovellus, mutta se ei vastaa sopivimmin moottorin helposti saatavilla olevaa kiihtyvyyttä. Star Trek ja muut tiedotusvälineet.

Tulevat avaruusmatkustajat voivat joutua käyttämään jotain vielä lupaavampaa: plasmakäyttöteknologiaa. Nämä moottorit käyttävät sähköä plasman ylikuumentamiseksi ja poistavat sen sitten moottorin takaosasta voimakkaita magneettikenttiä käyttämällä. Niillä on jonkin verran samankaltaisuutta ionikäyttöjen kanssa siinä mielessä, että ne käyttävät niin vähän ponneaineita, että ne kykenevät toimimaan pitkään, etenkin suhteessa perinteisiin kemiallisiin raketteihin.

Ne ovat kuitenkin paljon tehokkaampia. He pystyisivät kuljettamaan aluksen niin suurella nopeudella, että plasmakäyttöinen raketti (nykyään saatavilla olevalla tekniikalla) voisi saada veneen Marsiin vajaan kuukauden kuluessa. Vertaa tätä saavutusta lähes kuuteen kuukauteen, jolloin se vie perinteisesti moottorikäyttöisen veneen.

Onko se Star Trek tekniikan tasot? Ei aivan. Mutta se on ehdottomasti askel oikeaan suuntaan.

Vaikka meillä ei ehkä vielä ole futuristisia ajatuksia, niitä voi tapahtua. Kuka tietää? Ehkä elokuvissa kuvattujen impulssiajoneuvojen on joskus oltava todellisuutta.

Toimittanut ja päivittänyt Carolyn Collins Petersen.