Impulse Drive: Sub-lightspeed in Star Trek

Trekkies hebben geholpen bij het definiëren van het science fiction-universum, samen met de technologie die de Star Trek series, boeken en films beloven. Een van de meest gewilde technologieën uit die shows is de warp drive. Dat voortstuwingssysteem wordt gebruikt op de ruimteschepen van veel soorten in het Trekiversum om de oversteek te maken melkwegstelsel in verbazingwekkend korte tijden (maanden of jaren vergeleken met de eeuwen die het 'slechts' zou vergen) de snelheid van het licht). Er is echter niet altijd een reden om te gebruiken warp drive, en dus soms de schepen in Star Trek gebruik impuls vermogen om met sublichtsnelheid te gaan.

Tegenwoordig gebruiken verkenningsmissies chemische raketten om door de ruimte te reizen. Die raketten hebben echter verschillende nadelen. Ze hebben enorme hoeveelheden drijfgas (brandstof) nodig en zijn over het algemeen erg groot en zwaar. Impulsmotoren, zoals die op het ruimteschip zijn afgebeeld Onderneming, neem een ​​iets andere aanpak om een ​​ruimtevaartuig te versnellen. In plaats van chemische reacties te gebruiken om door de ruimte te bewegen, gebruiken ze een kernreactor (of iets dergelijks) om de motoren van elektriciteit te voorzien.

Die elektriciteit drijft vermoedelijk grote elektromagneten aan die de energie die in de velden is opgeslagen gebruiken om het schip voort te stuwen of meer waarschijnlijk oververhit plasma dat vervolgens wordt gecollimeerd door sterke magnetische velden en de achterkant van het vaartuig uitspuugt om het te versnellen vooruit. Het klinkt allemaal erg complex en dat is het ook. Het is eigenlijk te doen, maar niet met de huidige technologie.

Impulsmotoren vormen in feite een stap voorwaarts ten opzichte van de huidige door chemicaliën aangedreven raketten. Ze gaan niet sneller dan de lichtsnelheid, maar ze zijn sneller dan alles wat we vandaag hebben. Het is waarschijnlijk slechts een kwestie van tijd voordat iemand erachter komt hoe hij ze moet bouwen en implementeren.

Zouden we op een dag impulsmotoren kunnen hebben?

Het goede nieuws over "ooit" is dat het uitgangspunt is van een impulsdrang is wetenschappelijk verantwoord. Er zijn echter enkele problemen waarmee u rekening moet houden. In de films kunnen de ruimteschepen hun impulsmotoren gebruiken om te versnellen tot een aanzienlijk deel van de lichtsnelheid. Om die snelheden te bereiken, moet het door de impulsmotoren opgewekte vermogen aanzienlijk zijn. Dat is een enorme hindernis. Momenteel lijkt het zelfs met kernenergie onwaarschijnlijk dat we voldoende stroom zouden kunnen produceren om dergelijke aandrijvingen van stroom te voorzien, vooral voor zulke grote schepen. Dat is dus een te overwinnen probleem.

Ook tonen de shows vaak de impulsmotoren die worden gebruikt in planetaire atmosferen en in nevels, gaswolken en stof. Elk ontwerp van impulsachtige aandrijvingen is echter afhankelijk van hun werking in een vacuüm. Zodra het ruimteschip een gebied met een hoge deeltjesdichtheid binnenkomt (zoals een atmosfeer of een wolk van gas en stof), zouden de motoren onbruikbaar worden. Dus, tenzij er iets verandert (en je kunt de wetten van de natuurkunde niet veranderen, kapitein!), Blijven impulsdrives in het rijk van sciencefiction.

Impulse-drives klinken best goed, toch? Welnu, er zijn een paar problemen met hun gebruik zoals beschreven in science fiction. Een is tijd dilatatie: Telkens wanneer een vaartuig met relativistische snelheden reist, ontstaat er bezorgdheid over tijdsdilatatie. Hoe blijft de tijdlijn namelijk consistent wanneer het vaartuig met bijna lichte snelheden reist? Helaas is hier geen oplossing voor. Daarom zijn impulsmotoren in sciencefiction vaak beperkt tot ongeveer 25% van het totaal lichtsnelheid waar relativistische effecten minimaal zouden zijn.

De andere uitdaging voor dergelijke motoren is waar ze werken. Ze zijn het meest effectief in een vacuüm, maar we zien ze vaak in Trek als ze de atmosfeer binnendringen of door wolken gas en stof, nevels genaamd, kloppen. De motoren zoals momenteel voorgesteld, zouden het niet goed doen in dergelijke omgevingen, dus dat is een ander probleem dat moet worden opgelost.

Maar niet alles is verloren. Ionenaandrijvingen, die zeer vergelijkbare concepten gebruiken als technologie voor impulsaandrijving, worden al jaren aan boord van ruimtevaartuigen gebruikt. Vanwege hun hoge energieverbruik zijn ze echter niet efficiënt in het zeer efficiënt accelereren van vaartuigen. In feite worden deze motoren alleen gebruikt als primaire voortstuwingssystemen op een interplanetair vaartuig. Dat betekent dat alleen sondes die naar andere planeten reizen, ionenmotoren zouden dragen. Er is bijvoorbeeld een ionaandrijving op het Dawn-ruimtevaartuig, gericht op de dwergplaneet Ceres.

Omdat ionenaandrijvingen slechts een kleine hoeveelheid drijfgas nodig hebben om te werken, werken hun motoren continu. Dus hoewel een chemische raket sneller kan zijn om een ​​vaartuig op snelheid te krijgen, raakt de brandstof snel op. Niet zozeer met een ionaandrijving (of toekomstige impulsaandrijvingen). Een ionaandrijving zal een vaartuig dagen, maanden en jaren versnellen. Hierdoor kan het ruimteschip een hogere topsnelheid bereiken, en dat is belangrijk voor trekking door het zonnestelsel.

Het is nog steeds geen impulsmotor. Ionenaandrijvingstechnologie is zeker een toepassing van impulsaandrijvingstechnologie, maar komt niet overeen met het gemakkelijk beschikbare acceleratievermogen van de motoren die worden afgebeeld in Star Trek en andere media.

Toekomstige ruimtereizigers zullen mogelijk iets veelbelovers gaan gebruiken: plasma-aandrijvingstechnologie. Deze motoren gebruiken elektriciteit om plasma oververhit te maken en vervolgens via krachtige magnetische velden uit de achterkant van de motor te werpen. Ze vertonen enige gelijkenis met ionenaandrijvingen doordat ze zo weinig drijfgas gebruiken dat ze lange tijd kunnen werken, vooral in vergelijking met traditionele chemische raketten.

Ze zijn echter veel krachtiger. Ze zouden in staat zijn om het vaartuig zo snel voort te stuwen dat een plasmagestuurde raket (met behulp van technologie die tegenwoordig beschikbaar is) een vaartuig in iets meer dan een maand naar Mars kan brengen. Vergelijk deze prestatie met de bijna zes maanden die een traditioneel aangedreven vaartuig nodig zou hebben.

Is het Star Trek technische niveaus? Niet helemaal. Maar het is absoluut een stap in de goede richting.

Hoewel we misschien nog geen futuristische drijfveren hebben, kunnen ze gebeuren. Met verdere ontwikkeling, wie weet? Misschien zullen impulsdrives zoals die in films worden afgebeeld op een dag een realiteit worden.

Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen.