Nuove unità spaziali: sogni e realtà
Un'unità "torcia elettrica", un "iperguida", chiamato anche "curvatura" dalla serie TV di Star Trek, è fantascienza, giusto? Si scopre forse, ma la NASA ci sta lavorando comunque. Recentemente ci sono state segnalazioni di uno studio interno dell'agenzia sulla fattibilità dell'utilizzo di questo tipo di trasmissione. Quindi cosa sta succedendo davvero con queste unità alternative del futuro?
Per cominciare, va chiarito che la NASA non costruisce un motore che raggiunga e. In questo studio, l'esperto fisico della propulsione Dr. Harold White dell'Infinite Space Institute tenta di risolvere il grave paradosso di quello che è forse il modello teorico più famoso per i viaggi più veloci della luce, noto anche come Alcubier Drive (1).
1. Visualizzazione della piega spazio-temporale attorno alla nave a curvatura - Alcubierre
Il modello, proposto per la prima volta dal fisico teorico Miguel Alcubierre, è coerente con La teoria di Einstein. Funziona in modo simile al famoso trucco della tovaglia e dei piatti. Il KA è sulla tovaglia spazio-temporale, l'attuatore tira vigorosamente sotto di sé il tessuto della tovaglia, e il KA in un batter d'occhio si trova in un posto nuovo rispetto al tessuto. Alcubière ha descritto lo spazio-tempo come in espansione su un lato della nave e in contrazione dall'altro, grazie in parte all'uso dell'energia negativa. Dovrebbe creare una certa tasca nello spazio-tempo, in cui la navicella spaziale può operare al di fuori dei limiti della fisica a noi noti. Il concetto di energia negativa è esotico, ma.
Il problema non è solo nell'energia negativa, ma anche nel fatto che la direzione del movimento del veicolo spaziale in questo modello è arbitraria quando si utilizza il dispositivo di propulsione, non può essere controllato. È qui che entra in gioco il già citato Dr. White, proponendo un paradigma diverso. Invece di veicolo spaziale stazionario attivando il motore Alcubierre da una posizione ferma, il ricercatore propone "un veicolo spaziale che decolla dalla Terra e imposta la velocità iniziale della luce, quindi avvia un campo di curvatura". "La quantità di moto del campo agisce sulla velocità iniziale come fattore scalare, risultando in una velocità apparente molto più elevata", ha scritto White. Pertanto, la direzione del volo sarà determinata prima del "salto nell'iperspazio". Nel suo ragionamento, offre anche un metodo per ridurre il bisogno di energia.
White conclude la sua argomentazione suggerendo questo Alcubière Drive inizialmente potrebbe essere utilizzato internamente senza essere lanciato in ampi spazi interstellari. Anche su queste scale più piccole, sarebbe già qualcosa. Al momento occorrono circa tre giorni per raggiungere la Luna e nella migliore configurazione circa 6-8 mesi per raggiungere Marte. Questo è ciò che otteniamo dai sistemi di propulsione basati sulla miscelazione dell'idrogeno liquido con l'ossigeno e sulla loro combustione nei razzi. Per alcuni, quello che stiamo usando ora non è un drive, ma anche una stampella. Da qui la ricerca di alternative.
Una pagaia per allontanarti dall'universo
L'altro ricercatore è un professore di fisica in pensione di 80 anni. Jim Woodwardche ha avuto l'idea di utilizzare il principio di Mach per azionare le astronavi. Tutta la materia nell'Universo è strettamente connessa e la massa di un corpo non è la sua caratteristica interna, ma una conseguenza delle sue altre parti. Secondo il principio di Mach, l'inerzia della materia (resistenza all'accelerazione) non deriva dalle proprietà interne della materia, ma è una misura della sua interazione con l'intero universo. Inerzia succede solo perché è rimasta della materia nell'universo. Questo principio è stato formulato come ipotesi dal fisico e filosofo austriaco del XIX secolo. Ernesto Mach. Questa fu una delle ispirazioni di Albert Einstein per la sua teoria della relatività generale (GRT), ma finì per contraddirla.
guardia forestale crea un minore per la NASA prototipi di sistemi di azionamento (2) che lui stesso chiama MEGA Drive. Non hanno bisogno di carburante, solo una fornitura costante di elettricità. La cosa più importante in questo layout dischi piezoelettriciche cambiano simultaneamente i loro stati di massa ed energia sotto l'azione dell'energia fornita, che provoca l'accelerazione. Si basa su una lenta accelerazione, ma su un periodo molto lungo. Un veicolo spaziale alimentato da MEGA potrebbe alla fine raggiungere la velocità della luce con una fornitura costante di elettricità da un reattore nucleare a bordo per diversi decenni, ha affermato Woodward.
2. Uno dei prototipi MEGA Drive
Il suo team utilizza nei prototipi una pila di cristalli piezoelettrici con elettrodi inseriti tra di loro, fungendo da condensatore. Quando viene applicata una tensione alla pila tra gli elettrodi nel materiale piezoelettrico, viene generato un campo elettrico alternato. Ciò provoca un cambiamento nella densità di energia, fluttuazioni di energia. Cristalli piezoelettrici sono dispositivi elettromeccanici, il che significa che quando viene applicata una tensione, si espandono e si contraggono meccanicamente a seconda del segno della tensione. Ciò, secondo Woodward, provoca un'accelerazione dovuta alle variazioni delle dimensioni del camino dovute ad effetti elettromeccanici, provocando nel contempo la necessaria accelerazione nella posizione del dispositivo collocato in un grande campo gravitazionale. Il trucco qui, dicono i ricercatori, è far sincronizzare correttamente le vibrazioni energetiche e le vibrazioni meccaniche, il che richiede l'uso di due frequenze, la prima e la seconda armonica, e questa seconda armonica deve creare una sequenza.
Nei test sperimentali, secondo la pubblicazione, il prototipo è riuscito a creare 20 micronewton di spinta. Non molto, quindi gli scienziati parlano di usare molti di questi "motori" su una nave.
Il lavoro di Woodward sul suo MEGA azionamento va avanti da oltre trent'anni. Nel 2017 ha ricevuto finanziamenti dal programma Innovative Advanced Concepts della NASA. Una volta finanziati, Woodward e i suoi partner si sono persino sviluppati concetto di veicolo spaziale aperto detto SSI lambdache contiene un array di centinaia di dischi MEGA. Più recentemente, l'ultimo prototipo di trasmissione di MEGA ha prodotto una spinta significativamente maggiore rispetto a tutti i suoi precedenti prototipi. Ora ci sono piani per inviare un prototipo in orbita.
Tuttavia, altri ricercatori sono scettici su questo progetto. Mike McDonald, un ingegnere aeronautico presso il Naval Research Laboratory nel Maryland, ha detto alla rivista Wired che le possibilità che funzionasse erano scarse.
Ionici e nucleoli
Azionamento meccanicodove l'équipe del prof. Woodward si riferisce a progetti non standard ed è ancora considerato esotico. Ci sono altre idee più "mainstream" per l'accelerazione lenta. navicella spaziale per alte velocità. Primo, accumulatori ionici (3). Una serie di tali sistemi è troppo piccola per superare il campo gravitazionale della Terra, cioè per decollare. Tuttavia, nello spazio, il motore ionico può raggiungere velocità che nessun razzo chimico può raggiungere. razzi chimici può raggiungere un massimo di 64 km/h. Si stima che i propulsori ionici spingano le navi fino a cinque volte la loro velocità. Inoltre, i motori a ioni hanno un'efficienza del carburante del 000 percento, mentre i razzi chimici hanno solo il 90 percento.
3. Satellite con motore ionico
Propulsori ionici sono stati utilizzati nelle missioni della NASA per anni, incl. A Deep Space 1, cioè nello studio dell'asteroide 9969 Braille e della cometa Borelli, nella missione Dawn che ha raggiunto Vesta e Ceres. I propulsori ionici sono potenzialmente promettenti per i viaggi interstellari, ma hanno anche dei limiti. I propulsori ionici richiedono elettricità. Le celle solari possono essere utilizzate in questo senso solo nelle parti più vicine del sistema solare. Per ulteriori spedizioni sono necessarie altre fonti, la più comune delle quali sono i reattori nucleari.
E così siamo arrivati motore nucleareche è molto più potente di tubi ionici alternativa ai razzi chimici nello spazio. Sebbene in senso stretto, un'idea come, ad esempio, propulsione nucleare termica (NTP) è ancora una sostanza chimica simile all'idrogeno liquido. L'energia di fissione prodotta nel reattore ha riscaldato il combustibile in forma gassosa ed è stato espulso attraverso un ugello simile ai razzi tradizionali. Tali azionamenti permetterebbero di ottenere il doppio della spinta. E questo significa che il tempo di percorrenza sarà dimezzato, cosa che, probabilmente, nessuno trascurerà.
Naturalmente, se la velocità e il tempo non sono un problema, come potrebbe essere il caso in futuro del turismo o anche delle attività ricreative spaziali, allora dovremmo considerare soluzioni di propulsione alternative come vele solari. Di recente, viene chiamato un tale schema Vela di luce 2 (4) è stato testato in orbita da un'organizzazione chiamata Planetary Society. Dice che le prove sono stimolanti.
Quindi chissà se questo non è uno dei modi praticabili per alcuni viaggio nello spazio. Il vento solare, a differenza dell'energia negativa o del principio di Mach, è qualcosa di stabilito in esistenza e in azione, motivo per cui le vele cosmiche sembrano più reali dei sogni di "superluminosità".
