Enjin roket moden berfungsi dengan baik untuk meletakkan teknologi ke orbit, tetapi mereka sama sekali tidak sesuai untuk perjalanan jarak jauh. Oleh itu, selama lebih dari belasan tahun, para saintis telah berusaha untuk membuat mesin ruang angkasa alternatif yang dapat mempercepat kapal untuk mencatat kelajuan. Mari kita lihat tujuh idea utama dari kawasan ini.
EmDrive
Untuk bergerak, anda perlu menolak sesuatu - peraturan ini dianggap sebagai salah satu tonggak fizik dan astronautik yang tidak tergoyahkan. Apa yang sebenarnya bermula dari - dari bumi, air, udara atau jet gas, seperti dalam hal mesin roket - tidak begitu penting.
Eksperimen pemikiran yang terkenal: bayangkan bahawa angkasawan masuk ke angkasa lepas, tetapi kabel yang menghubungkannya dengan kapal angkasa tiba-tiba patah dan orang itu mula perlahan-lahan terbang. Yang dia ada hanyalah kotak alat. Apa tindakannya? Jawapan yang betul: dia perlu membuang alat dari kapal. Menurut undang-undang pemeliharaan momentum, orang itu akan dibuang dari instrumen dengan kekuatan yang sama persis dengan instrumen dari orang tersebut, sehingga dia secara beransur-ansur bergerak menuju kapal. Ini adalah tujahan jet - satu-satunya cara yang mungkin untuk bergerak di tempat kosong. Benar, EmDrive, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, mempunyai beberapa peluang untuk membantah pernyataan yang tidak tergoyahkan ini.
Pencipta mesin ini adalah jurutera Britain, Roger Shaer, yang mengasaskan syarikatnya Satellite Propulsion Research pada tahun 2001. Reka bentuk EmDrive cukup mewah dan berbentuk baldi logam, ditutup pada kedua hujungnya. Di dalam baldi ini terdapat magnetron yang memancarkan gelombang elektromagnetik - sama seperti pada gelombang mikro konvensional. Dan ternyata cukup untuk menghasilkan daya tarikan yang sangat kecil, tetapi cukup ketara.
Penulis sendiri menjelaskan pengoperasian enjinnya melalui perbezaan tekanan radiasi elektromagnetik pada hujung "baldi" yang berbeza - di hujung yang sempit ia kurang daripada yang lebar. Ini menimbulkan daya tuju ke arah hujung yang sempit. Kemungkinan operasi enjin seperti ini telah ditantang lebih dari sekali, tetapi dalam semua eksperimen, pemasangan Shaer menunjukkan adanya tujahan ke arah yang dimaksudkan.
Video promosi:
Eksperimen yang telah menguji baldi Shaer merangkumi organisasi seperti NASA, Universiti Teknikal Dresden dan Akademi Sains China. Penemuan ini diuji dalam berbagai keadaan, termasuk dalam keadaan hampagas, di mana ia menunjukkan adanya tujahan 20 mikronewtons.
Ini sangat sedikit berbanding dengan mesin jet kimia. Tetapi, memandangkan mesin Shaer dapat berfungsi selama yang anda mahukan, kerana ia tidak memerlukan bekalan bahan bakar (bateri solar dapat menyediakan magnetron untuk berfungsi), ia berpotensi mampu mempercepat kapal angkasa ke kecepatan yang luar biasa, diukur sebagai peratusan kelajuan cahaya.
Untuk membuktikan prestasi enjin sepenuhnya, perlu melakukan lebih banyak pengukuran dan menyingkirkan kesan sampingan yang boleh dihasilkan, misalnya, oleh medan magnet luaran. Namun, penjelasan alternatif yang mungkin untuk tujahan mesin Shaer yang tidak normal telah dikemukakan, yang, secara umum, melanggar undang-undang fizik yang biasa.
Sebagai contoh, versi dikemukakan bahawa mesin dapat menghasilkan daya tarikan kerana interaksinya dengan vakum fizikal, yang pada tahap kuantum mempunyai tenaga bukan nol dan dipenuhi dengan zarah-zarah unsur maya yang selalu muncul dan hilang. Siapa yang benar pada akhirnya - pengarang teori ini, Shaer sendiri atau orang-orang yang ragu-ragu, kita akan mengetahui dalam masa terdekat.
Layar suria
Seperti yang disebutkan di atas, radiasi elektromagnetik memberikan tekanan. Ini bermaksud bahawa secara teori ia dapat diubah menjadi pergerakan - misalnya, dengan bantuan layar. Sama seperti kapal-kapal abad yang lalu menangkap angin di layar mereka, kapal angkasa masa depan akan menangkap matahari atau cahaya bintang lain di layar mereka.
Masalahnya, bagaimanapun, adalah bahawa tekanan cahaya sangat kecil dan berkurang dengan peningkatan jarak dari sumbernya. Oleh itu, agar berkesan, layar seperti itu mestilah sangat ringan dan sangat besar. Dan ini meningkatkan risiko pemusnahan keseluruhan struktur ketika menemui asteroid atau objek lain.
Percubaan untuk membina dan melancarkan kapal layar solar ke angkasa telah dilakukan - pada tahun 1993, Rusia menguji pelayaran solar di kapal angkasa Progress, dan pada tahun 2010, Jepun melakukan ujian yang berjaya dalam perjalanan ke Venus. Tetapi tidak satu kapal pun yang pernah menggunakan layar sebagai sumber percepatan utamanya. Projek lain, kapal elektrik, kelihatan agak menjanjikan dalam hal ini.
Layar elektrik
Matahari memancarkan bukan sahaja foton, tetapi juga zarah-zarah bahan bermuatan elektrik: elektron, proton dan ion. Semuanya membentuk apa yang disebut angin suria, yang menjauh dari permukaan matahari kira-kira satu juta tan bahan setiap saat.
Angin suria menyebar sejauh berbilion kilometer dan bertanggungjawab terhadap beberapa fenomena semula jadi di planet kita: ribut geomagnetik dan cahaya utara. Bumi dilindungi dari angin suria oleh medan magnetnya sendiri.
Angin suria, seperti angin udara, cukup sesuai untuk perjalanan, anda hanya perlu membuatnya bertiup di layar. Projek layar elektrik, yang dibuat pada tahun 2006 oleh saintis Finlandia Pekka Janhunen, secara lahiriahnya tidak banyak persamaan dengan yang dihasilkan oleh solar. Enjin ini terdiri daripada beberapa kabel panjang dan nipis, mirip dengan ujung roda tanpa pelek.
Terima kasih kepada senjata elektron yang memancarkan arah perjalanan, kabel ini memperoleh potensi daya positif. Oleh kerana jisim elektron kira-kira 1800 kali lebih kecil daripada jisim proton, daya tarikan yang dihasilkan oleh elektron tidak akan memainkan peranan asas. Elektron angin suria tidak penting untuk belayar seperti itu. Tetapi zarah bermuatan positif - proton dan sinaran alfa - akan ditolak dari tali, sehingga menimbulkan tujahan jet.
Walaupun dorongan ini kira-kira 200 kali lebih sedikit daripada tenaga solar, Agensi Angkasa Eropah berminat dengan projek ini. Faktanya adalah bahawa belayar elektrik jauh lebih mudah untuk mereka bentuk, membuat, menggunakan dan beroperasi di angkasa. Di samping itu, dengan menggunakan graviti, layar juga membolehkan anda melakukan perjalanan ke sumber angin bintang, dan tidak hanya jauh dari situ. Dan kerana luas permukaan layar seperti itu jauh lebih kecil daripada layar layar solar, maka jauh lebih mudah terdedah kepada asteroid dan puing-puing ruang angkasa. Mungkin kita akan melihat kapal eksperimen pertama berlayar elektrik dalam beberapa tahun akan datang.
Enjin ion
Aliran zarah-zarah bermuatan zat, iaitu ion, bukan sahaja dipancarkan oleh bintang. Gas terion juga boleh dibuat secara buatan. Biasanya, zarah-zarah gas tidak elektrik secara elektrik, tetapi apabila atom atau molekulnya kehilangan elektron, ia berubah menjadi ion. Dalam jisim totalnya, gas seperti itu masih tidak mempunyai muatan elektrik, tetapi zarah-zarahnya yang tersendiri menjadi terisi, yang bermaksud mereka dapat bergerak dalam medan magnet.
Dalam mesin ion, gas lengai (biasanya xenon) diionisasi oleh aliran elektron bertenaga tinggi. Mereka mengetuk elektron daripada atom, dan mereka memperoleh muatan positif. Selanjutnya, ion yang dihasilkan dipercepat dalam medan elektrostatik hingga kecepatan urutan 200 km / s, yang 50 kali lebih besar daripada laju aliran keluar gas dari mesin jet kimia. Walaupun begitu, penggerak ion moden mempunyai daya tuju yang sangat kecil - sekitar 50-100 milinewtons. Mesin seperti itu bahkan tidak dapat bergerak dari meja. Tetapi dia mempunyai nilai tambah yang serius.
Dorongan khusus yang besar dapat mengurangkan penggunaan bahan bakar dalam mesin dengan ketara. Tenaga yang diperoleh dari bateri solar digunakan untuk mengionkan gas, jadi enjin ion dapat berfungsi untuk waktu yang sangat lama - sehingga tiga tahun tanpa gangguan. Untuk jangka waktu seperti itu, dia akan mempunyai waktu untuk mempercepat kapal angkasa ke kecepatan yang tidak pernah diimpikan oleh mesin kimia.
Enjin ion telah berulang kali membentangkan luas sistem suria sebagai sebahagian daripada pelbagai misi, tetapi biasanya sebagai alat bantu, dan bukan yang utama. Hari ini, sebagai alternatif yang mungkin untuk penghalau ion, mereka semakin membicarakan pemacu plasma.
Enjin plasma
Sekiranya tahap pengionan atom menjadi tinggi (kira-kira 99%), maka keadaan agregat sebegitu disebut plasma. Keadaan plasma dapat dicapai hanya pada suhu tinggi, oleh itu, gas terion dipanaskan hingga beberapa juta darjah pada mesin plasma. Pemanasan dilakukan menggunakan sumber tenaga luaran - panel solar atau, lebih realistik, reaktor nuklear kecil.
Plasma panas kemudian dikeluarkan melalui muncung roket, menghasilkan daya tarikan puluhan kali lebih besar daripada tujahan ion. Salah satu contoh mesin plasma adalah projek VASIMR, yang telah berkembang sejak tahun 70-an abad yang lalu. Tidak seperti alat pendorong ion, alat penyebar plasma belum diuji di angkasa, tetapi harapan besar disematkan. Ini adalah mesin plasma VASIMR yang merupakan salah satu calon utama penerbangan berawak ke Mars.
Enjin pelakuran
Orang telah berusaha menjinakkan tenaga peleburan termonuklear sejak pertengahan abad kedua puluh, tetapi setakat ini mereka tidak dapat melakukan ini. Walaupun begitu, peleburan termonuklear terkawal masih sangat menarik, kerana ia merupakan sumber tenaga besar yang diperoleh dari bahan bakar yang sangat murah - isotop helium dan hidrogen.
Pada masa ini terdapat beberapa projek untuk reka bentuk mesin jet pada tenaga peleburan termonuklear. Yang paling menjanjikan dari mereka dianggap sebagai model berdasarkan reaktor dengan pengurungan plasma magnetik. Reaktor termonuklear dalam mesin sedemikian akan menjadi ruang silinder yang tidak bertekanan panjang 100-300 meter dan diameter 1-3 meter. Ruang harus dibekalkan dengan bahan bakar dalam bentuk plasma suhu tinggi, yang, pada tekanan yang cukup, memasuki reaksi peleburan nuklear. Gegelung sistem magnetik yang terletak di sekitar ruang harus memastikan plasma ini tidak menghubungi peralatan.
Zon tindak balas termonuklear terletak di sepanjang paksi silinder sedemikian. Dengan bantuan medan magnet, plasma yang sangat panas mengalir melalui muncung reaktor, menghasilkan daya tujah yang luar biasa, berkali-kali lebih besar daripada mesin kimia.
Enjin antimateri
Semua perkara di sekeliling kita terdiri daripada fermion - zarah unsur dengan putaran separuh bulat. Contohnya, ini adalah quark yang membentuk proton dan neutron dalam inti atom, dan juga elektron. Lebih-lebih lagi, setiap fermion mempunyai antipartikelnya sendiri. Untuk elektron, ini adalah positron, untuk quark - antiquark.
Antipartikel mempunyai jisim yang sama dan putaran yang sama dengan "rakan seperjuangan" biasa mereka, berbeza dalam tanda semua parameter kuantum yang lain. Secara teori, antipartikel mampu membentuk antimateri, tetapi sejauh ini tidak ada antimateri di Alam Semesta yang terdaftar. Untuk sains asas, persoalan besar mengapa ia tidak wujud.
Tetapi dalam keadaan makmal, anda boleh mendapatkan antimateri. Sebagai contoh, eksperimen baru-baru ini dilakukan membandingkan sifat proton dan antiproton yang disimpan dalam perangkap magnet.
Ketika antimateri dan perkara biasa bertemu, proses pemusnahan bersama berlaku, disertai dengan ledakan tenaga kolosal. Oleh itu, jika anda mengambil satu kilogram bahan dan antimateri, maka jumlah tenaga yang dibebaskan ketika mereka bertemu akan setanding dengan letupan "Bom Tsar" - bom hidrogen yang paling kuat dalam sejarah umat manusia.
Lebih-lebih lagi, sebahagian besar tenaga akan dibebaskan dalam bentuk foton radiasi elektromagnetik. Oleh itu, ada keinginan untuk menggunakan tenaga ini untuk perjalanan ruang angkasa dengan membuat mesin foton, mirip dengan layar solar, hanya dalam hal ini cahaya akan dihasilkan oleh sumber dalaman.
Tetapi untuk menggunakan sinaran dalam mesin jet dengan berkesan, perlu menyelesaikan masalah membuat "cermin" yang dapat memantulkan foton ini. Lagipun, kapal itu entah bagaimana mesti bergerak untuk menghasilkan daya tuju.
Tidak ada bahan moden yang tidak dapat menahan radiasi yang dilahirkan sekiranya berlaku letupan dan akan menguap seketika. Dalam novel fiksyen ilmiah mereka, saudara Strugatsky menyelesaikan masalah ini dengan mencipta "reflektor mutlak". Dalam kehidupan sebenar, perkara seperti ini belum dilakukan. Tugas ini, seperti masalah membuat sejumlah besar antimateri dan penyimpanan jangka panjangnya, adalah masalah untuk fizik masa depan.
