محركات فضائية جديدة - الأحلام والواقع
محرك "مصباح يدوي" ، "hyperdrive" ، ويسمى أيضًا "الاعوجاج" بعد سلسلة Star Trek التلفزيونية ، هل هو خيال علمي ، أليس كذلك؟ ربما اتضح ، لكن ناسا تعمل على ذلك على أي حال. كانت هناك تقارير مؤخرًا عن دراسة داخلية للوكالة حول جدوى استخدام هذا النوع من الإرسال. إذن ما هي الصفقة الحقيقية مع هذه المحركات البديلة للمستقبل؟
بادئ ذي بدء ، يجب توضيح أن وكالة ناسا لا تبني محركًا يصل إلى و. في هذه الدراسة ، حاول عالم فيزياء الدفع المخضرم الدكتور هارولد وايت من معهد الفضاء اللانهائي حل المفارقة الخطيرة لما قد يكون أشهر نموذج نظري للسفر بسرعة تفوق سرعة الضوء ، والمعروف أيضًا باسم Alcubier Drive (1).
1. تصور طية الزمكان حول سفينة الاعوجاج - Alcubierre
النموذج ، الذي اقترحه الفيزيائي النظري ميغيل ألكوبيير لأول مرة ، يتوافق مع نظرية أينشتاين. يعمل هذا بطريقة مشابهة لخدعة مفرش المائدة والأطباق المعروفة. يوجد KA على مفرش المائدة المكاني والزماني ، ويسحب محرك الأقراص نسيج مفرش المائدة تحته بقوة ، ويجد KA في غمضة عين نفسه في مكان جديد فيما يتعلق بالنسيج. وصف الكوبيير الزمكان بأنه يتمدد على جانب واحد من السفينة ويتقلص على الجانب الآخر ، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى استخدام الطاقة السلبية. من المفترض أن تخلق جيبًا معينًا في الزمكان ، حيث يمكن للمركبة الفضائية أن تعمل خارج حدود الفيزياء المعروفة لدينا. مفهوم الطاقة السلبية غريب ، لكن.
لا تكمن المشكلة في الطاقة السالبة فحسب ، بل تكمن أيضًا في حقيقة أن اتجاه حركة المركبة الفضائية في هذا النموذج تعسفي عند استخدام الدافع ، ولا يمكن التحكم فيه. هذا هو المكان الذي يأتي فيه الدكتور وايت المذكور أعلاه ، ويقترح نموذجًا مختلفًا. بدلاً من مركبة فضائية ثابتة من خلال تنشيط محرك Alcubierre من موضع متوقف ، يقترح الباحث "مركبة فضائية تقلع من الأرض وتضبط السرعة الأولية للضوء ، ثم تبدأ مجال الالتواء." كتب وايت: "يعمل زخم المجال كعامل قياسي على السرعة الابتدائية ، مما يؤدي إلى سرعة ظاهرية أعلى بكثير". وبالتالي ، سيتم تحديد اتجاه الرحلة قبل "قفزة الفضاء الفائق". في تفكيره ، يقدم أيضًا طريقة لتقليل الحاجة إلى الطاقة.
ينهي وايت حجته باقتراح ذلك ألكوبيير درايف يمكن استخدامه في البداية داخليًا دون أن يتم إلقاؤه في مساحات واسعة بين النجوم. حتى على هذه المقاييس الأصغر ، سيكون شيئًا بالفعل. في الوقت الحالي ، يستغرق الوصول إلى القمر حوالي ثلاثة أيام وفي أفضل تكوين حوالي 6-8 أشهر للوصول إلى المريخ. هذا ما نحصل عليه من أنظمة الدفع القائمة على خلط الهيدروجين السائل بالأكسجين وحرقهما في الصواريخ. بالنسبة للبعض ، ما نستخدمه الآن ليس محركًا ، بل حتى عكازًا. ومن هنا البحث عن بدائل.
مجداف لدفع نفسك بعيدًا عن الكون
الباحث الآخر هو أستاذ فيزياء متقاعد يبلغ من العمر 80 عامًا. جيم وودواردالذي جاء بفكرة استخدام مبدأ ماخ لدفع سفن الفضاء. ترتبط كل مادة في الكون ارتباطًا وثيقًا ، وكتلة الجسم ليست من خصائصه الداخلية ، ولكنها نتيجة لأجزاء أخرى من الجسم. وفقًا لمبدأ ماخ ، فإن خمول المادة (مقاومة التسارع) لا ينبع من الخصائص الداخلية للمادة ، ولكنه مقياس لتفاعلها مع الكون بأسره. العطالة يحدث ذلك فقط بسبب بقاء بعض المادة في الكون. تمت صياغة هذا المبدأ كفرضية من قبل الفيزيائي والفيلسوف النمساوي في القرن التاسع عشر. إرنست ماخ. كان هذا أحد إلهام ألبرت أينشتاين لنظرية النسبية العامة (GRT) ، لكن انتهى به الأمر إلى مناقضتها.
فورستر قام بإنشاء قاصر لناسا نظم محرك النموذج الأولي (2) والذي يسميه بنفسه MEGA Drive. لا يحتاجون إلى وقود ، مجرد إمداد دائم بالكهرباء. أهم شيء في هذا التخطيط أقراص كهرضغطيةالتي تغير حالات كتلتها وطاقتها في نفس الوقت تحت تأثير الطاقة الموردة ، مما يؤدي إلى التسارع. يعتمد على تسارع بطيء ، ولكن على مدى فترة طويلة جدًا. قال وودوارد إن المركبة الفضائية التي تعمل بالطاقة MEGA يمكن أن تصل في النهاية إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء ، مع إمداد ثابت من الكهرباء من مفاعل نووي على متنها لعدة عقود.
2. أحد نماذج محرك MEGA
يستخدم فريقه في النماذج الأولية كومة من البلورات الكهرضغطية مع أقطاب كهربائية محصورة بينها ، تعمل مكثف. عندما يتم تطبيق جهد على المكدس بين الأقطاب الكهربائية في المادة الكهرضغطية ، يتم إنشاء مجال كهربائي بديل. هذا يسبب تغير في كثافة الطاقة وتقلبات في الطاقة. بلورات كهرضغطية هي أجهزة كهروميكانيكية ، مما يعني أنه عند تطبيق جهد ما ، فإنها تتمدد وتتقلص ميكانيكيًا اعتمادًا على علامة الجهد. وفقًا لـ Woodward ، يتسبب هذا في حدوث تسارع بسبب التغيرات في أبعاد المكدس بسبب التأثيرات الكهروميكانيكية ، بينما يتسبب في نفس الوقت في التسارع اللازم في موقع الجهاز الموجود في مساحة كبيرة. مجال الجاذبية. يقول الباحثون إن الحيلة هنا هي جعل اهتزازات الطاقة والاهتزازات الميكانيكية متزامنة بشكل صحيح ، الأمر الذي يتطلب استخدام ترددين ، التوافقيات الأولى والثانية ، وهذا التوافقي الثاني يجب أن يخلق تسلسلاً.
في الاختبارات التجريبية ، وفقًا للنشر ، تمكن النموذج الأولي من إنشاء 20 ميكرونيوتون من الدفع. ليس كثيرًا ، لذلك يتحدث العلماء عن استخدام العديد من هذه "المحركات" على متن سفينة واحدة.
عمل وودوارد على محرك ضخم منذ أكثر من ثلاثين عامًا. في عام 2017 ، تلقى تمويلًا من برنامج المفاهيم المتقدمة المبتكرة التابع لوكالة ناسا. بمجرد التمويل ، تطور Woodward وشركاؤه مفهوم المركبة الفضائية المفتوحة اسم الشيئ مباحث أمن الدولة لامداالذي يحتوي على مجموعة من مئات من أقراص MEGA. في الآونة الأخيرة ، أنتج أحدث نموذج أولي للإرسال من MEGA قوة دفع أكبر بكثير من جميع النماذج الأولية السابقة. الآن هناك خطط لإرسال نموذج أولي إلى المدار.
ومع ذلك ، فإن الباحثين الآخرين يشككون في هذا المشروع. مايك ماكدونالدقال مهندس طيران في مختبر البحوث البحرية في ماريلاند لمجلة وايرد إن فرص نجاحه ضئيلة.
أيوني ونوكلي
محرك ماخحيث فريق الأستاذ. يشير Woodward إلى المشاريع غير القياسية ولا يزال يعتبر غريبًا. هناك المزيد من الأفكار "السائدة" للتسريع البطيء. مركبة فضائية لسرعات عالية. أولا ، مراكم الأيونات (3). سلسلة من هذه الأنظمة أصغر من أن تتغلب على مجال الجاذبية للأرض ، أي أن تقلع. ومع ذلك ، في الفضاء ، يمكن للمحرك الأيوني أن يصل إلى سرعات لا يمكن لأي صاروخ كيميائي أن يحققها. صواريخ كيماوية يمكن أن تصل إلى حد أقصى 64 كم / ساعة. يقدر أن الدافعات الأيونية تدفع السفن بما يصل إلى خمسة أضعاف سرعتها. بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك المحركات الأيونية كفاءة في استهلاك الوقود تبلغ 000 في المائة ، بينما تمتلك الصواريخ الكيميائية 90 في المائة فقط.
3. الأقمار الصناعية مع محرك أيون
الدافعات الأيونية تم استخدامها في بعثات ناسا لسنوات ، بما في ذلك. في أعماق الفضاء 1، أي في دراسة الكويكب 9969 برايل والمذنب بوريلي ، في مهمة Dawn التي وصلت إلى Vesta و Ceres. من المحتمل أن تكون الدافعات الأيونية واعدة للسفر بين النجوم ، لكن لها أيضًا قيودًا. تتطلب محركات الدفع الأيونية الكهرباء. لا يمكن استخدام الخلايا الشمسية في هذا الصدد إلا في الأجزاء القريبة من النظام الشمسي. لمزيد من الرحلات الاستكشافية ، هناك حاجة إلى مصادر أخرى ، وأكثرها شيوعًا هي المفاعلات النووية.
وهكذا وصلنا إلى محرك نوويوهو أقوى بكثير من أنابيب الأيونات بديل للصواريخ الكيميائية في الفضاء. على الرغم بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن فكرة مثل ، على سبيل المثال ، الدفع النووي الحراري (NTP) لا يزال مادة كيميائية مشابهة للهيدروجين السائل. الطاقة الانشطارية المنتجة في المفاعل تسخن الوقود إلى شكل غازي ويتم طرده من خلال فوهة مماثلة للصواريخ التقليدية. مثل هذه المحركات تجعل من الممكن الحصول على ضعف قوة الدفع. وهذا يعني أن وقت السفر سينخفض إلى النصف ، وهو ما قد لا يهمله أحد.
بالطبع ، إذا لم تكن السرعة والوقت مشكلة ، وهو ما قد يكون هو الحال في السياحة أو حتى الاستجمام في الفضاء في المستقبل ، فعلينا التفكير في حلول الدفع البديلة مثل أشرعة شمسية. في الآونة الأخيرة ، مثل هذا المخطط يسمى لايت شيل 2 (4) تم اختباره في المدار من قبل منظمة تسمى جمعية الكواكب. يقول أن البروفات ملهمة.
إذن من يدري ما إذا كانت هذه ليست إحدى الطرق القابلة للتطبيق بالنسبة للبعض رحلة فضائية. الرياح الشمسية ، على عكس الطاقة السلبية أو مبدأ ماخ ، هي شيء مستقر في الوجود والعمل ، ولهذا السبب تبدو الأشرعة الكونية أكثر واقعية من أحلام "اللمعان الفائق".
