Sub-light Speed ​​i Star Trek: Kan det gjøres?

Er Impulse Drive mulig?

NASAs 2,3 kW NSTAR ion thruster-motor blir testet ved JPL. Den ble brukt på kjøretøyet Deep Space 1. Selv om dette ikke gir impulsdrift, er det neste trinn i langdistansefremdrift i solsystemet. NASA

Trekkies har bidratt til å definere science fiction-universet, sammen med teknologien som Star Trek serier, bøker og filmer lover. En av de mest ettertraktede teknologiene fra disse showene er warp drive . Dette fremdriftssystemet brukes på romskipene til mange arter i Trekiverset for å komme seg over galaksen på utrolig korte tider (måneder eller år sammenlignet med århundrene det ville ta 'bare' lysets hastighet ). Det er imidlertid ikke alltid en grunn til å bruke warp drive , og så noen ganger skipene i Star Trek bruke impuls kraft til å gå i underlyshastighet.

Hva er Impulse Drive?

I dag bruker utforskende oppdrag kjemiske raketter for å reise gjennom verdensrommet. Imidlertid har disse rakettene flere ulemper. De krever enorme mengder drivstoff (drivstoff) og er generelt veldig store og tunge. Impulsmotorer, som de som er vist å eksistere på romskipet Bedriften, ta en litt annen tilnærming for å akselerere et romfartøy. I stedet for å bruke kjemiske reaksjoner for å bevege seg gjennom verdensrommet, bruker de en atomreaktor (eller noe lignende) for å levere strøm til motorene.

Den elektrisiteten driver visstnok store elektromagneter som bruker energien som er lagret i feltene til å drive skipet eller, mer sannsynlig, overhetingsplasma som deretter kollimeres av sterke magnetiske felt og spytter ut baksiden av fartøyet for å akselerere det fremover. Det hele høres veldig komplekst ut, og det er det. Det er faktisk mulig, men ikke med dagens teknologi.

Effektivt representerer impulsmotorer et skritt fremover fra dagens kjemikaliedrevne raketter. De går ikke fortere enn lysets hastighet , men de er raskere enn noe vi har i dag. Det er sannsynligvis bare et spørsmål om tid før noen finner ut hvordan de skal bygges og distribueres.

Kan vi en dag ha impulsmotorer?

Den gode nyheten om 'en dag' er at den grunnleggende forutsetningen for en impulsdrift er vitenskapelig forsvarlig. Det er imidlertid noen problemer å vurdere. I filmene er stjerneskipene i stand til å bruke impulsmotorene sine til å akselerere til en betydelig brøkdel av lysets hastighet. For å oppnå disse hastighetene, må kraften som genereres av impulsmotorene være betydelig. Det er et stort hinder. Foreløpig, selv med kjernekraft, virker det usannsynlig at vi kan produsere tilstrekkelig strøm til å drive slike stasjoner, spesielt for så store skip. Så det er ett problem å overvinne.

Showene viser også ofte impulsmotorene som brukes i planetariske atmosfærer og i tåker, skyer av gass og støv. Imidlertid er hver design av impulslignende stasjoner avhengig av at de fungerer i et vakuum. Så snart stjerneskipet kommer inn i et område med høy partikkeltetthet (som en atmosfære eller en sky av gass og støv), vil motorene bli ubrukelige. Så, med mindre noe endres (og du kan endre fysikkens lover, kaptein!), forblir impulsdrift i science fiction-området.

Tekniske utfordringer ved impulsdrift

Impulsdrev høres ganske bra ut, ikke sant? Vel, det er et par problemer med bruken deres som skissert i science fiction. En er tidsutvidelse : Hver gang et fartøy reiser med relativistiske hastigheter, oppstår bekymringer for tidsutvidelse. Nemlig, hvordan forblir tidslinjen konsistent når fartøyet reiser i nærlyshastigheter? Dessverre er det ingen vei utenom dette. Det er derfor impulsmotorer ofte er begrenset i science fiction til omtrent 25 % av lysets hastighet hvor relativistiske effekter ville være minimale.

Den andre utfordringen for slike motorer er hvor de opererer. De er mest effektive i et vakuum, men vi ser dem ofte i Trek når de kommer inn i atmosfærer eller pisker gjennom skyer av gass og støv som kalles tåker. Motorene som for øyeblikket er forestilt ville ikke gjøre det bra i slike miljøer, så det er et annet problem som må løses.

Ion Drives

Ikke alt er imidlertid tapt. Ion-stasjoner, som bruker svært lignende konsepter som impulsdrivteknologi, har vært i bruk ombord på romfartøy i årevis. På grunn av deres høye energibruk er de imidlertid ikke effektive til å akselerere fartøyer veldig effektivt. Faktisk brukes disse motorene bare som primære fremdriftssystemer på et interplanetarisk fartøy. Det betyr at bare sonder som reiser til andre planeter vil bære ionemotorer. Det er en ionedrift på romfartøyet Dawn, for eksempel, som siktet seg inn på dvergplaneten Ceres.

Siden iondrev bare trenger en liten mengde drivmiddel for å fungere, fungerer motorene deres kontinuerlig. Så selv om en kjemisk rakett kan være raskere til å få fart på et fartøy, går den raskt tom for drivstoff. Ikke så mye med en ionedrift (eller fremtidige impulsdrifter). En ionedrift vil akselerere et fartøy i dager, måneder og år. Det lar romskipet nå en høyere topphastighet, og det er viktig for å vandre gjennom solsystemet.

Det er fortsatt ikke en impulsmotor. Ionedrivteknologi er absolutt en anvendelse av impulsdrivteknologi, men den samsvarer ikke med den lett tilgjengelige akselerasjonsevnen til motorene som er avbildet i Star Trek og andre medier.

Plasmamotorer

Fremtidige romreisende kan komme til å bruke noe enda mer lovende: plasmadrivteknologi. Disse motorene bruker elektrisitet til å overopphete plasma og deretter kaste det ut på baksiden av motoren ved hjelp av kraftige magnetiske felt. De har en viss likhet med iondrev ved at de bruker så lite drivmiddel at de er i stand til å operere i lange perioder, spesielt i forhold til tradisjonelle kjemiske raketter.

Imidlertid er de mye kraftigere. De ville være i stand til å drive fartøyet i en så høy hastighet at en plasmadrevet rakett (ved hjelp av teknologi som er tilgjengelig i dag) kunne få et fartøy til Mars om litt over en måned. Sammenlign denne bragden med de nesten seks månedene det ville ta et tradisjonelt drevet fartøy.

Er det Star Trek ingeniørnivå? Ikke helt. Men det er definitivt et skritt i riktig retning.

Selv om vi kanskje ikke har futuristiske drifter ennå, kan de skje. Med videre utvikling, hvem vet? Kanskje vil impulsdrifter som de som er avbildet i filmer en dag bli en realitet.

Redigert og oppdatert avCarolyn Collins Petersen.