Sub-light Speed ​​i Star Trek Kan det göras?

Trekkies har bidragit till att definiera science fiction-universum, tillsammans med tekniken som Star Trek serier, böcker och filmer lovar. En av de mest eftertraktade teknikerna från dessa program är varp-enheten. Det framdrivningssystemet används på rymdskepp av många arter i Trekiverse för att komma över galaxen under otroligt korta tider (månader eller år jämfört med århundraden som det skulle ta med "bara" ljusets hastighet). Det finns emellertid inte alltid en anledning att använda varpdrivning, och ibland använder fartygen i Star Trek impulskraft för att gå i undre ljus hastighet.

Vad är Impulse Drive?

Idag använder undersökningsuppdrag kemiska raketer för att resa genom rymden. Dessa raketer har dock flera nackdelar. De kräver enorma mängder drivmedel (bränsle) och är i allmänhet mycket stora och tunga. Impulsmotorer, som de som visas på rymdskeppet Företag, ta en något annorlunda inställning för att påskynda ett rymdskepp. Istället för att använda kemiska reaktioner för att röra sig genom rymden, använder de en kärnreaktor (eller något liknande) för att leverera elektricitet till motorerna.

Denna elektricitet förmodar driver stora elektromagneter som använder energin lagrad i fälten för att driva fartyget eller, mer troligt, överhettningsplasma som sedan kollimeras av starka magnetfält och spottar ut båten på fartyget för att påskynda det framåt. Det låter allt väldigt komplicerat, och det är det. Det är faktiskt klara, b ut inte med nuvarande teknik.

Effektivt representerar impulsmotorer ett steg framåt från nuvarande kemikaliedrivna raketer. De går inte snabbare än ljusets hastighet, men de är snabbare än vad vi har idag. Det är antagligen bara en tidsfråga innan någon räknar ut hur man bygger och distribuerar dem. 

Kan vi en dag ha impulsmotorer?

Den goda nyheten om "en dag" är att den grundläggande förutsättningen för en impulsdrift är vetenskapligt ljud. Det finns emellertid några frågor att tänka på. I filmerna kan rymdskeppen använda sina impulsmotorer för att accelerera till en betydande bråkdel av ljusets hastighet. För att uppnå dessa hastigheter måste kraften som genereras av impulsmotorerna vara betydande. Det är ett enormt hinder. För närvarande, även med kärnkraft, verkar det osannolikt att vi skulle kunna producera tillräcklig ström för att driva sådana enheter, särskilt för så stora fartyg. Så det är ett problem att övervinna.

Dessutom visar föreställningarna ofta impulsmotorer som används i planetatmosfärer och i nebulosor, moln med gas och damm. Men varje design av impulsliknande enheter förlitar sig på att de fungerar i vakuum. Så snart rymdskeppet kommer in i ett område med hög partikeltäthet (som en atmosfär eller ett moln av gas och damm) skulle motorerna göras värdelösa. Så om inget förändras (och ni kan ändra lagarna i fysik, kapten!), Förblir impulsdrivande i science fiction-området..

Tekniska utmaningar med impulsdrivare

Impulsdrev låter ganska bra, eller hur? Nåväl, det finns ett par problem med deras användning som beskrivs i science fiction. En är tidsutvidgning: Varje gång ett hantverk reser med relativistiska hastigheter uppstår oro över tidsutvidgning. Namnlösa: Hur förblir tidslinjen konsekvent när fartyget reser i nära ljus hastigheter? Tyvärr finns det ingen väg runt detta. Därför är impulsmotorer ofta begränsade i science fiction till cirka 25% av ljusets hastighet där relativistiska effekter skulle vara minimala. 

Den andra utmaningen för sådana motorer är där de arbetar. De är mest effektiva i ett vakuum, men vi ser dem ofta i Trek när de kommer in i atmosfärer eller piska genom moln med gas och damm som kallas nebulosor. Motorerna som för närvarande föreställde sig skulle inte klara sig i sådana miljöer, så det är en annan fråga som måste lösas. 

Jon-enheter

Men allt är inte förlorat. Ion-enheter, som använder mycket liknande koncept som impulsdrivteknologi, har använts ombord på rymdskepp i flera år. På grund av deras höga energianvändning är de emellertid inte effektiva på att påskynda farkoster mycket effektivt. I själva verket används dessa motorer endast som primära framdrivningssystem på ett interplanetärt farkost. Det betyder att endast sonder som reser till andra planeter skulle bära jonmotorer. Det finns till exempel en jondrift på rymdskeppet Dawn som siktade mot dvärgplaneten Ceres. 

Eftersom jonomriktare endast behöver en liten mängd drivmedel för att driva, arbetar deras motorer kontinuerligt. Så även om en kemisk raket kan vara snabbare på att få ett farkost uppåt, är det fort slut på bränsle. Inte så mycket med en jon-enhet (eller framtida impulsdrivare). En jondrift påskyndar ett farkost i dagar, månader och år. Det gör att rymdskeppet når en högre topphastighet, och det är viktigt för vandring över solsystemet.

Det är fortfarande inte en impulsmotor. Ion-drivteknologi är verkligen en tillämpning av impulsdrivteknologi, men den lyckas inte matcha den lättillgängliga accelerationsförmågan hos de motorer som visas i Star Trek och andra medier.

Plasma-motorer

Framtida rymdresande kan komma att använda något ännu mer lovande: plasmadrivningsteknologi. Dessa motorer använder elektricitet för att överhetta plasma och matar sedan ut den på baksidan av motorn med kraftfulla magnetfält. De har viss likhet med jon-drivenheter genom att de använder så lite drivmedel att de kan arbeta under lång tid, särskilt i förhållande till traditionella kemiska raketer.

Men de är mycket kraftfullare. De skulle kunna driva fartyget med så hög hastighet att en plasmadriven raket (med teknik som finns tillgänglig idag) kunde få ett hantverk till Mars på drygt en månad. Jämför denna prestation med de nästan sex månader som det skulle ta ett traditionellt drivet farkost. 

Är det Star Trek nivåer av teknik? Inte riktigt. Men det är definitivt ett steg i rätt riktning.

Även om vi kanske inte har futuristiska drivningar ännu, kan de hända. Vem vet det med vidareutveckling? Kanske kommer impulsdrivningar som de som visas i filmer en dag att bli verklighet.

Redigerad och uppdaterad av Carolyn Collins Petersen.