Studie: Design tryskového letadla pro mezihvězdné cestování z 60. let – základ sci-fi – není možný

V románu Paula Andersona z roku 1970 číslo nulaPosádka vesmírné lodi se snaží cestovat ke hvězdě Beta Virginis v naději, že kolonizuje novou planetu. Způsob pohonu lodi byl tzv.Busard Ramjet,Skutečný (i když hypotetický) způsob pohonu navržený fyzikem Robert W Bossard Právě před deseti lety. Nyní fyzici přehodnotili tento neobvyklý mechanismus mezihvězdného cestování dovnitř nový papír Vyšlo to v časopise Acta Astronautica a bohužel zjistili, že náporový motor chtěl. Autoři docházejí k závěru, že je to možné z čistě fyzikálního hlediska, ale technické problémy s tím spojené jsou v současnosti nepřekonatelné.

Proudový motor je v podstatě proudový motor, který „dýchá“ vzduch. Nejlepším protějškem základního mechanismu je, že využívá dopředný pohyb motoru ke stlačování přiváděného vzduchu bez potřeby kompresorů, díky čemuž jsou proudové motory lehčí a jednodušší než jejich přeplňované protějšky. Francouzský vynálezce René Lorraine patentoval v roce 1913 svůj koncept proudového motoru (také známý jako létající komín), ačkoli se mu nepodařilo postavit životaschopný prototyp. O dva roky později Albert Fono navrhl proudovou pohonnou jednotku pro zvýšení dosahu projektilů vystřelovaných z kanónu a nakonec v roce 1932 obdržel německý patent.

Základní proudový motor se skládá ze tří součástí: sání vzduchu, přídavného spalování a trysky. Tryskou proudí horký výfuk ze spalování paliva. Spalovací tlak musí být vyšší než tlak na výstupu z trysky, aby bylo zachováno konstantní proudění, kterého proudový motor dosahuje „narážením“ venkovního vzduchu do spalovacího prostoru při dopředné rychlosti jakéhokoli vozidla poháněného motorem. Na palubu není potřeba vozit kyslík. Nevýhodou je, že proudové motory mohou produkovat tah, pouze pokud se vůz skutečně pohybuje, takže vyžaduje start za pomoci rakety. Jako takové jsou proudové letouny užitečnější jako prostředek zrychlení, například pro rakety poháněné proudovými motory nebo pro zvýšení dosahu dělostřeleckých granátů.

Robert Boussard si myslel, že koncept by mohl být upraven jako prostředek mezihvězdného pohonu. Základní premisa popsaná v Jeho výzkumná práce v roce 1960 Je to sbírka mezihvězdných protonů (ionizovaný vodík) pomocí obrovských magnetických polí jako ‚beračí naběračka‘. Protony by byly stlačeny za vzniku termonukleární fúze a pak by magnetická pole nasměrovala tuto energii do výfuku rakety, aby vytvořila tah. Čím rychleji se loď pohybuje, tím větší je tok protonů a větší tah.

Pak ale vědci zjistili, že hustota vodíku je mnohem nižší v oblastech vesmíru mimo naši sluneční soustavu. z tohoto důvodu, V novinách z roku 1969navrhl John F. Fishback (John F.

Fishback vypočítal zejména řeznou rychlost. „Čím rychlejší je plavidlo, tím více magnetických siločar se ve fúzním reaktoru zaměřuje,“ vysvětlili autoři tohoto nejnovějšího výzkumu. „Silnější pole vede k vyššímu mechanickému namáhání.“ Fishback došel k závěru, že mezihvězdný výtrysk může nepřetržitě zrychlovat pouze na určitou prahovou rychlost, v tomto okamžiku by se musel otočit zpět, aby magnetický zdroj nedosáhl svého bodu zlomu.

Je to řešení Fishback zkoumané v tomto posledním článku. Nápad rozhodně stojí za prozkoumání. Spoluautor Peter Schachnider řekl:autor sci-fi a fyzik na Vídeňské technické univerzitě (TU Wien). „V mezihvězdném prostoru je velmi zředěný plyn, hlavně vodík – asi jeden atom na centimetr krychlový. Kdybyste sbírali vodík před kosmickou lodí, jako v magnetickém trychtýři, pomocí obrovských magnetických polí, mohli byste použijte jej k napájení fúzního reaktoru a urychlení vesmírné lodi.“

On a jeho spoluautor Albert Jackson z Triton Systems v USA se spoléhali na software vyvinutý na TU Wien pro výpočet elektromagnetických polí v elektronovém mikroskopu. Jejich výpočty ukázaly, že Fishbackův návrh magnetické pánve (neboli zachycování částic) pro Bussardův proudový motor byl proveditelný. Částice mohou být skutečně zachyceny magnetickým polem a nasměrovány do fúzního reaktoru, čímž se dosáhne zrychlení až na relativní rychlosti.

Autoři však také zjistili, že pro dráhu by byly nutné absurdně dlouhé magnetické cívky, aby bylo dosaženo tahu 10 milionů newtonů (dvojnásobek tahu raketoplánu). A průměr tohoto trychtýře by měl být 4000 km. Návštěva galaktického centra v kosmické lodi Bussard poháněné náporem během života je tedy nedosažitelná. Ve skutečnosti: „Je vysoce nepravděpodobné, že se to stane Kardaševovy civilizace druhého typu Mohlo by to vytvořit magnetické trysky s axiálními solenoidy.“ (Pro informaci, lidé na Zemi ještě nedosáhli civilizace typu I).

Za druhé: Zákon o kosmonautice, 2021. 10.1016 / j.actaastro.2021.10.039 (O DOI).