Как работает варп двигатель. Варп-двигатель - недостижимая роскошь или реальное средство передвижения? В сериале Звёздный путь

На днях специалисты NASA осуществили успешное тестирование нового революционного метода космических путешествий, позволяющего достичь нереально высоких скоростей. Эксперименты впервые проводились в глубоком вакууме, что соответствует условиям космического пространства.

Команда ученых из США, Китая и Великобритании занималась разработкой варп-двигателя для космических ракет более 15 лет, однако перспектива исследований была спорной, так как законы его работы не вписывались в существующие физические теории. Однако тесты, проведенные в лабораториях NASA, установили, что новый способ осуществления электромагнитного движения в космосе всё же реализовать возможно.

Технология основывается на применении электромагнитного привода. Основная идея – преобразование электрической энергии в тягу без использования пропеллента (ракетного топлива). Однако в реалиях классической физики это невозможно, так как в данном случае нарушается фундаментальный закон сохранения импульса.

Если теория, выдвинутая учеными, действительно имеет право на жизнь, то её можно будет внедрить в разработке космических аппаратов уже в ближайшем будущем. Варп-двигатели обеспечат снижение стоимости космических полетов и повышение их скорости, дадут возможность путешествовать не только по Солнечной системе, но и за её пределы.

Представьте себе автомобиль, который способен доставить на Луну четырех пассажиров и их багаж примерно за четыре часа, или космическое путешествие нескольких поколений на скорости, составляющей всего одну десятую скорости света – достичь Альфы Центавра при этом можно менее чем за столетие. Варп-двигатели, без сомнения, изменят мир космических путешествий. Именно они сегодня являются главным козырем американской космической программы.

Пол Марч (Paul March), инженер, работающий над созданием варп-двигателей, отмечает:

«Моя работа в Eagleworks [лаборатории, занимающейся проведением испытаний варп-двигателей] является продолжением исследования фундаментальных проблем, препятствующих развитию пилотируемой космонавтики и ставших причиной приостановления лунной программы Аполлон. Если результаты исследований будут успешными, то мы получим эффективную технологию, которая позволит избавиться от ограничений, налагаемых ракетным уравнением [формула Циолковского, определяющая взаимосвязь между скоростью летательного аппарата и тягой ракетного двигателя]».

По мнению Марча, технология по-прежнему требует проведения значительного количества испытаний, которые убедят ученых в том, что она действительно не является результатом ошибки или совпадения. В настоящее время варп-двигатели проходят тестирование в Космическом центре Джонсона. Предполагается, что если такой двигатель будет создан, его можно будет установить на любом космическом корабле, причем энергию электромагнитный привод будет получать от компактной атомной электростанции, созданной специально для таких целей.

МАГНИТНЫЙ УПЛОТНИТЕЛЬ

Магнитный уплотнитель (магнитное сцепление) составляет большую часть ядра искривителя. Он обеспечивает физическую поддержку камеры сгорания, сдерживая давление в ядре, но самое главное его действие в том, чтобы сфокусировать поток топлива, и выправить его на необходимое местоположение. Магнитный уплотнитель канала материи более длинный, чем канала антиматерии, так как антиматерия имеет меньшую массу, и значит, поток антиматерии легче выровнять. Как правило, магнитный уплотнитель разделен на сегменты, где каждый сегмент содержит несколько наборов напряженностей. Сегмент имеет тороидальную форму. Все катушки магнитного уплотнителя управляются компьютером. Внешние слои магнитного уплотнителя построены из полупрозрачного материала, что позволяет фотонам проходить через эти слои, создавая эффект свечения. Поэтому можно проводить визуальное наблюдение работы ядра искривителя. После того, как топливо вышло из сопел инжектора, магнитный уплотнитель фокусирует поток топлива, увеличивая его скорость.

КАМЕРА СГОРАНИЯ

Это сердце всего корабля. Функция любой камеры сгорания состоит в том, чтобы соединить вместе потоки материи и антиматерии, а энергию, выделившуюся в результате реакции направить в каналы подачи питания. В камере сгорания находится кристалл Дилития, используемый для управления реакцией.

КРИСТАЛЛ ДИЛИТИЯ

Дилитий — очень важный элемент для любого реактора, на основе слияния материи и антиматерии. Кристаллы Дилития заменили Литиевые кристаллы в 2265 году. Когда кристалл Дилития помещают в высокочастотное электромагнитное поле, мощностью в несколько мегаватт, антиматерия может проходить сквозь него, не вступая в реакцию с кристаллом. Поэтому Дилитий — возможно единственное вещество, которое не реагирует на антиматерию. Дилитий используется для повышения эффективности реакции. Старые ядра искривления использовали чистый Дилитий, поэтому много ресурсов тратилось на выявление расположения месторождений руды Дилития. Это вело к противостоянием различных рас, особенно противостояние между Федерацией и Клингонской империей. Но у Федерации было больше месторождений, поэтому Клингонам приходилось проводить усиленную разработку шахт. По этой причине в 2293-м году произошла катастрофа на планете Praxis (Звездный Путь VI «Неоткрытая страна»). После того как, начался прогресс в области ядерного синтеза веществ, Федерация научилась синтезировать Дилитий, и проблема шахт была устранена.

КАНАЛЫ ПОДАЧИ ПИТАНИЯ

Каналы подачи питания по своим функциям напоминают магнитное сцепление ядра искривителя. Они используют высокоэнергетические магнитный поля для переноса плазмы из одной точки в другую. Каналы отличаются от магнитного сцепления тем, что магнитное сцепление переносит низкоэнергетическую плазму на короткие расстояния и требует высокой точности потока плазмы, а канал подачи питания переносит высокоэнергетическую плазму на длинные расстояния, и высокой точности направления потока не требуется. Звездолеты Федерации оборудованы отдельным каналом подачи питания для каждой гондолы искривления. Эти каналы проходят по всему инженерному корпусу непосредственно к гондолам. Малые каналы питания используются для снабжения энергией фазеры, щиты и энергоемкие научные лаборатории.

ПЛАЗМЕННЫЙ ИНЖЕКТОР

На конце каждого основного канала подачи питания находится плазменный инжектор. Плазменный инжектор установлен в каждой гондоле искривления. Его задача состоит в том, чтобы подать плазменный поток точно через центр катушек искривления. Из-за относительно низкой точности плазменного потока транспортируемого каналами питания, плазменные инжекторы разработаны также для того, чтобы выровнять поток энергии и погасить турбулентность. Во многих классах кораблей Федерации плазменный поток делится на две части, а затем направляется на вихревой подавитель.

КАТУШКИ ИСКРИВЛЕНИЯ

После гашения турбулентности, инжектор направляет плазменный поток на катушки искривления. Катушка представляет собой тор, разделенный на две части. Для увеличения эффективности катушек, они сделаны из множества слоев разного материала. Катушки искривления генерируют многослойное поле вокруг корабля искривляя пространство и позволяя кораблю двигаться выше скорости света. Размер и форма поля искривления определяет скорость, ускорение и направление движения корабля.

КОЛЛЕКТОР

Коллектор предназначен для сбора межзвездных газов (например, водорода), для использования их как топлива. Эти газы не используются как основное топливо, но они могут пригодиться, если на корабле истощится материя и антиматерия. На кораблях Федерации коллекторы располагаются на передней части гондол искривления, и представляют из себя красный светящийся купол. Также коллекторы могут выбрасывать газ в космос.

Подробнее о коллекторе Бассарда вы можете прочитать .

ПЛАЗМЕННЫЙ КЛАПАН

При опасной ситуации звездолеты Федерации могут выбрасывать плазму за борт корабля, чтобы обеспечить мгновенное выключение двигателя. На корабле класса GALAXY продувка плазмы осуществляется через один выпускной клапан, который находится ниже плазменного инжектора, а звездолет класса INTREPID может осуществлять продувку плазмы по всей длине гондолы искривления.

Путешествие через кротовую нору в представлении художника

Изображение: Wikimedia Commons

Официальные представители NASA открестились от создания варп-двигателя . На слухи, которые в течение последних недель появлялись в средствах массовой информации, сотрудники агентства ответили в письме изданию Space.com . Ознакомиться с мнением инженеров Космического центра имени Линдона Джонсона, а также ряда независимых экспертов можно в материале издания.

Как ранее сообщил отраслевой наблюдатель, NASASpaceFlight.com, инженеры лаборатории NASA Eagleworks успешно протестировали новый электромагнитный двигатель EmDrive в вакууме и даже смогли измерить его тягу. Особенностью этого устройства, которое многие новостные агенства назвали варп-двигателем, является отсутствии каких либо подвижных частей или камеры сгорания. По словам физиков-теоретиков, разработавших концепцию, функционирование двигателя происходит лишь благодаря взаимодействию порожденных им электромагнитных волн с концевыми пластинками волновода, в котором они распространяются. Важно отметить, что сам механизм возникновения тяги неизвестен.

Внешний вид двигателя EmDrive

SPR, Ltd., of the EM Drive

CNET сообщает , что EmDrive позволит реализовать быстрые перелеты внутри солнечной системы, в частности, что перелет между Землей и Луной может занять всего четыре часа, а путешествие до ближайшей к нам звезды, Альфы Центавра, займет менее 100 лет.

Но подобные заявления являются преждевременными, утверждают представители NASA, отвечая на запрос портала Space.com. Несмотря на то, что инженеры показали возможность создания прототипа EmDrive, поставленный ими эксперимент еще не принес каких-либо значимых результатов. «NASA не занимается разработкой варп-двигателя» - добавляют представители агенства.

По словам Итана Зигеля, профессора физики и астрономии в колледже Льюиса и Кларка (Портленд), значения тяги, наблюдавшиеся в эксперименте (порядка 30-50 микроньютонов), всего лишь в 3 раза превышают погрешность измерения прибора. Это не позволяет рассматривать данные измерения как достаточно надежные, однако эксперт отмечает, что важным моментом было тестирование устройства в различных направлениях, чтобы нивелировать возможное взаимодействие с магнитным полем Земли. Не менее важным он считает факт того, что устройство было испытано в вакууме - в условиях атмосферы могло наблюдаться отталкивание от молекул газа, известное физике. К тому же Зигель отмечает, что детали экспериментов и их результаты еще не прошли рецензирование и не были опубликованы в научном журнале - это условие необходимо для того, чтобы научная общественность признала открытие.

Начну немного издалека, чтобы не приводить ссылки на предыдущие статьи - так даже интереснее будет. Значится, где то далеко от нас находится система Альфа Центавра - примерно на расстоянии 4,3 световых года. Другими словами свет летит от Альфа Центавра к нам, землянам, целых 4,3 земных года, и этот "полет" происходит с огромнейшей скоростью - 300 000 км/с. Огромнейшее пространство отделяющее нас от Альфа Центавры, как по нашим меркам. Любознательный ум может даже перевести все это в земные километры: перемножаем 4,3 года * 365 суток * 24 часа * 60 минут * 60 секунд и полученную цифру умножаем еще на 300 000 км. Кому интересно - посчитает сам. Нам главное понять масштабы этого огромного пространства и что находится в нем. Современная наука говорит нам, что там - вакуум, то есть ничто - там нет ни молекул, ни атомов, абсолютно ничего.

А теперь разберемся, что такое свет? Большинство скажет - поток фотонов, то есть частичек света, летящих с огромной скоростью в 300 000 км/с. Вроде бы все понятно - частики летят себе в вакууме - кто им мешает? Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Ведь видимый свет имеет природу электромагнитных волн, то есть колеблющейся с определенной частотой среды:

А вот про среду распространения электромагнитных волн мы как раз и забыли. Волны/колебания есть, а среда куда то пропала. Хотя не совсем пропала - ее то как раз и подменили понятиями вакуума или пространства-времени. А раньше ее называли просто - эфир. Все же придется процитировать отрывок из предыдущего поста:

Волна имеет свою скорость распространения в разных средах, например звук в воздухе распространяется со скоростью 340 м/с, а воде уже со скоростью 1500 м/с. Когда говорят о скорости света 300 миллионов м/с, подразумевают эталонную ее скорость, в так называемом вакууме - в безвоздушном пространстве между Солнцем и Землей, Солнцем и Альфа Центаврой и т д. Так что происходит со светом, пока он "летит" к нам от Солнца в так называемом вакууме? Являясь электромагнитной волной, свет вдруг "становится" частичкой, летящей в пустоте вакуума, а при подлете к Земле вновь превращается в волну? По такой аналогии можно сказать, что пока водная волна идет от одного берега к другому, самой воды нет. И еще к примеру: пока звуковая волна идет от моего рта к вашему уху, то воздуха, колебаниями которого является звук - также нет. Бредово звучит? Полностью с вами согласен! Также бредово, как и то, что электромагнитные волны могут существовать без среды передачи, коей является эфир.

Итак, можно сделать вывод о том, что же такое решили деформировать физики из NASA, называя это пространством-временем (или вакуумом) - всепроникающую среду эфир, через которую распространяются электромагнитные волны - в том числе и видимого диапазона - свет. А в отрывке ниже, описывающим принцип действия WARP-двигателя, хорошо показано, что то, что называют пространством - имеет свойства среды. Ведь деформация, будь то расширение и сжатие (пониженное и повышенное давление) - свойство и характеристика среды - будь воздушной или водной, а нашем случае - эфирной.

Несколько месяцев назад физик Гарольд Уайт ошеломил мир космонавтики, объявив, что он и его команда в NASA начали работу по разработке двигателя деформации пространства, способного перемещать объекты быстрее скорости света. Предложенная им концепция явилась остроумным переосмыслением привода Алькубиерре, и в конечном итоге может привести к созданию двигателя, который будет транспортировать космический корабль до ближайшей звезды в течение нескольких недель - не нарушая законов физики. Идея двигателя пришла в голову Уайта, когда он анализировал замечательное уравнение, сформулированное физиком Мигелем Алькубиерре. В своей работе 1994 года под названием «Основа Привода: высокоскоростные путешествия в общей теории относительности», Алькубьерре предложил механизм, посредством которого пространство-время может быть «деформировано» как впереди, так и позади космического корабля. По сути дела, если пустое пространство позади звездолёта будет быстро расширяться, а впереди сжиматься, то это будет толкать корабль в прямом направлении. Пассажиры будут воспринимать это как движение, несмотря на полное отсутствие ускорения.

Не так давно в средствах массовой информации появились слухи о том, что создали, наконец, в NASA варп-двигатель. Официальным представителям организации приходилось открещиваться от вброса, объясняя, что на самом деле проводились тесты совсем другого устройства, EmDrive. Но интерес к фантастическому прибору, искривляющему пространство, не утихает. Футуристы верят: где-то в секретных лабораториях разрабатывается варп-двигатель. НАСА испытания, однако, не проводило, так как на практике не создано ничего подобного. По крайней мере, официальные источники никакой информации об этом не представляют. Остается довольствоваться теоретической информацией.

Американские исследования

Некоторые ученые полагают, что на космических кораблях возможны полеты, со скоростью в разы больше скорости света. На практике исследования нисколько не приблизили двигатель к его фактическому воплощению. Но, так или иначе, подобные высказывания приятны слуху фантастов и юных романтиков, мечтающих бороздить космические пространства.

Техасские ученые Джеральд Кливер и Ричард Обоуси, опубликовавшие свою работу в Интернете, считают создание гиперскоростного корабля возможным, так как оно не противоречит теориям относительности Эйнштейна и струн.

Последняя находит подтверждение в некоторых недавних открытиях (например, обнаружение непостоянства мировых констант или наличия дополнительных пространственных измерений).

В своих исследованиях американцы отталкивались от работы мексиканского физика, Мигеля Алькубиерре, который написал ее еще в 1994 году и назвал «Двигатель деформации пространства».

Как работает

Принцип его действия заключается в следующем. Варп-двигатель образует замкнутый пузырь вокруг космического корабля, отделяя часть пространства-времени. Привод заставляет его расширяться сзади, а впереди — сжиматься. Благодаря этому пузырь приобретает способность перемещаться вперед со скоростью, превышающей скорость света.

При этом заявляется, что условие, при котором скорость света невозможно превысить, выполняется. Ведь луч рядом с кораблем улетит вперед вместе с ним.

Но пузырь с частью пространства-времени прибудет на какую-либо звезду гораздо быстрее другого корабля, как если бы он стартовал одновременно с тем, на котором установлен варп-двигатель.

По природным законам получается, что он вообще будет оставаться неподвижным в течение всего путешествия, а его кинетическая энергия останется той же, что и до старта.

Вместе с развитием Вселенной

Можно ли в реальности допустить расширение пространства-времени? Физики ссылаются на начало развития Вселенной, когда расширялась не только материя, но и пространственная ткань.

Кливер утверждает, что позади корабля они как бы воссоздают процессы молодой Вселенной. Чтобы космический корабль оказался в таком пузыре, необходимо действие экзотической отрицательной энергии (той же, что нужна и для машины времени). И исследователи даже знают, как ее получить.

"Эффект Казимира"

Они считают, что надо полагаться на "эффект Казимира". Утверждается, что между двумя телами, которые расположены друг от друга на близком расстоянии в вакууме, возникает притяжение. Оно образуется в результате разности виртуальных фотонов, создающихся в вакууме. Между телами их будет значительно меньше, чем в остальном вакууме. Ученые считают, что этот эффект способен помочь путешественникам в космосе. Ведь, переводя на физические понятия, между телами возникает та самая отрицательная энергия, которая и требуется.

Источник - в "темной" энергии

Кроме того, считают, что отрицательная находится и в так называемой "темной" энергии, которая в наши дни обуславливает расширение Вселенной. Ученые уверены, что варп-двигатель станет реальностью как раз тогда, когда поймут эту энергию.

Но как заставить пространство расшириться позади образованного пузыря? Предлагается воспользоваться дополнительными измерениями пространства, существование которых вытекает из теории струн.

Теория струн

Для более легкого их понимания можно мысленно провести сквозь пространство линию. Мы представляем, что она состоит из точек. Но если каждую из них очень сильно увеличить, то они превратятся в кольца, которые и являются проявлением этих измерений.

Ученые полагают, что там рождаются и виртуальные фотоны, имеющие длину волны, способную резонировать с длиной окружности. Кольца здесь играют ту же роль, что и тела-пластины, понятие о которых присутствует в теории об "эффекте Казимира".

А как же все будет воплощено на практике?

Предполагают, что изменяя размер дополнительных измерений, можно вычислить часть пространства-времени в пузыре. Логика здесь проста: при расширении дополнительных измерений происходит сжатие нашего пространства-времени и наоборот.

Чтобы создание варп-двигателя увенчалось успехом, необходима энергия порядка 10 45 джоулей. Для сравнения: столько ее содержится во всей массе Юпитера, если посчитать по общеизвестной формуле Эйнштейна. Раньше считалось, что необходимо еще более колоссальное количество энергии, сопоставимой с массой всей Вселенной.

Кливер также теоретически вычислил, какую должен иметь варп-двигатель скорость. Она превышает скорость света в 10 32 раз. Ученый тут же добавляет, что величина является недостижимой ни с уже имеющимися, ни со всеми, которые только можно себе представить, технологиями.

Практической реализации ожидать отсюда, в общем-то, и не стоит. Ведь всем известно, что американцы летают в космос на российских двигателях. Кстати, из этого следует, что и на Луну они на советском двигателе летали? Что ж, исходя из таких данных, представляется, что если и будет создан когда-либо варп-двигатель, Россия, по крайней мере, примет самое активное участие в его разработке.