Impulsdrev: Underlys i Star Trek

Trekkies har bidraget til at definere science fiction-universet sammen med den teknologi, som Star Trek serier, bøger og film lover. En af de mest efterspurgte teknologier fra disse shows er varp drev. Dette fremdrivningssystem bruges på rumskibe fra mange arter i Trekiverse til at komme over galakse i utroligt korte tider (måneder eller år sammenlignet med de århundreder, det ville tage på "bare" lysets hastighed). Der er dog ikke altid en grund til at bruge varp drev, og så nogle gange skibene i Star Trek brug impuls magt til at gå med underlysets hastighed.

I dag bruger eksplorationsmissioner kemiske raketter til at rejse gennem rummet. Disse raketter har imidlertid flere ulemper. De kræver enorme mængder drivmiddel (brændstof) og er generelt meget store og tunge. Impulsmotorer, ligesom dem, der er afbildet at eksistere i stjerneskibet Enterprise, tage en lidt anden tilgang til at fremskynde et rumfartøj. I stedet for at bruge kemiske reaktioner til at bevæge sig gennem rummet, bruger de en atomreaktor (eller noget lignende) til at levere elektricitet til motorerne.

Den elektricitet angiveligt kræver store elektromagneter, der bruger energien, der er lagret i markerne til at drive skibet eller mere sandsynligvis overophedningsplasma, der derefter kollimeres af stærke magnetfelter og spytter ud af bagsiden af ​​håndværket for at fremskynde det frem. Det lyder alt sammen meget komplekst, og det er det. Det er faktisk gøres i stand, b ut ikke med den nuværende teknologi.

Impulsmotorer repræsenterer effektivt et skridt fremad fra nuværende kemisk drevne raketter. De går ikke hurtigere end lysets hastighed, men de er hurtigere end noget andet, vi har i dag. Det er sandsynligvis kun et spørgsmål om tid, før nogen finder ud af, hvordan man bygger og implementerer dem.

Kunne vi en dag have impulsmotorer?

Den gode nyhed om "en dag" er, at den grundlæggende forudsætning for et impulsdrev er videnskabeligt sundt. Der er dog nogle spørgsmål, der skal overvejes. I filmene er stjerneskibene i stand til at bruge deres impulsmotorer til at accelerere til en betydelig del af lysets hastighed. For at opnå disse hastigheder skal kraften, der genereres af impulsmotorerne, være betydelig. Det er en enorm hindring. Selv med atomkraft forekommer det i øjeblikket usandsynligt, at vi kunne producere tilstrækkelig strøm til at drive sådanne drev, især for så store skibe. Så det er et problem at overvinde.

Showene viser ofte impulsmotorerne, der bruges i planetariske atmosfærer og i tåger, skyer af gas og støv. Imidlertid er enhver design af impulslignende drev afhængig af deres drift i et vakuum. Så snart stjerneskibet kommer ind i et område med høj partikeltæthed (som en atmosfære eller en sky af gas og støv), ville motorerne blive ubrugelige. Så medmindre noget ændrer sig (og I kan ændre lovene i 'fysik, kaptajn!), Forbliver impulsdrev inden for science fiction.

Impulsdrev lyder ret godt, ikke? Nå, der er et par problemer med brugen af ​​dem som beskrevet i science fiction. Den ene er tidsudvidelse: Hver gang et håndværk rejser med relativistiske hastigheder, opstår der bekymring for tidsudvidelse. Hvordan forbliver tidslinjen ensartet, når håndværket kører i let lyshastigheder? Desværre er der ingen vej omkring dette. Derfor er impulsmotorer ofte i science fiction begrænset til ca. 25% af lysets hastighed hvor relativistiske effekter ville være minimale.

Den anden udfordring for sådanne motorer er, hvor de kører. De er mest effektive i et vakuum, men vi ser dem ofte i Trek, når de trænger ind i atmosfærer eller pisker gennem skyer af gas og støv kaldet tåger. De motorer, som det for tiden er forestillet sig, ville ikke gøre det godt i sådanne miljøer, så det er et andet problem, der skulle løses.

Ikke alt går dog tabt. Ion-drev, der bruger meget lignende koncepter som impulsdrevteknologi, har været i brug ombord på rumfartøjer i årevis. På grund af deres høje energiforbrug er de imidlertid ikke effektive til at accelerere fartøjet meget effektivt. Faktisk bruges disse motorer kun som primære fremdrivningssystemer på et interplanetært fartøj. Det betyder, at kun sonder, der rejser til andre planeter, ville have ionmotorer. Der er for eksempel et iondrev på rumfartøjet Dawn, der sigter mod dværgplaneten Ceres.

Da iondrev kun har brug for en lille mængde drivmiddel til at køre, fungerer deres motorer kontinuerligt. Så selvom en kemisk raket måske er hurtigere med at få et fartøj op til hastighed, løber det hurtigt tør for brændstof. Ikke så meget med et iondrev (eller fremtidige impulsdrev). Et iondrev accelererer et håndværk i dage, måneder og år. Det giver rumskibet mulighed for at nå en større tophastighed, og det er vigtigt for vandring over solsystemet.

Det er stadig ikke en impulsmotor. Ion-drevteknologi er bestemt en anvendelse af impulsdrevsteknologi, men den er ikke i overensstemmelse med den let tilgængelige accelerationsevne for de motorer, der er afbildet i Star Trek og andre medier.

Fremtidige rum rejsende kan muligvis bruge noget endnu mere lovende: plasma-drev teknologi. Disse motorer bruger elektricitet til at overophede plasma og skubber det derefter ud på bagsiden af ​​motoren ved hjælp af kraftige magnetfelter. De har en vis lighed med iondrev, idet de bruger så lidt drivmiddel, at de er i stand til at fungere i lange perioder, især i forhold til traditionelle kemiske raketter.

De er dog meget mere magtfulde. De ville være i stand til at drive fartøjet med en så høj hastighed, at en plasma-drevet raket (ved hjælp af teknologi, der findes i dag) kunne få et fartøj til Mars om lidt over en måned. Sammenlign denne bedrift med de næsten seks måneder, det ville tage et traditionelt drevet håndværk.

Er det Star Trek niveauer af teknik? Ikke helt. Men det er bestemt et skridt i den rigtige retning.

Selvom vi muligvis ikke har futuristiske drev endnu, kan de ske. Hvem ved det med videreudvikling? Måske bliver impulsdrev som dem, der er afbildet i film, en dag en realitet.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.