En ny måde at starte raketter uden brændstof på?

Konventionelle kemiske raketter, såsom NASAs kommende Space Launch System, bruger brændstof til strøm. Men hvad nu hvis de ikke havde brug for brændstof mere og kunne bruge kvantiseret inerti til skub i stedet? Et radikalt teorikoncept, der foreslår, at det nu er blevet finansieret af DARPA. Billede via Boeing.

Raketter er magtfulde maskiner, der kan lancere satellitter i kredsløb og sende rumfartøjer til solsystemets ydre rækkevidde. De har dog deres grænser; konventionelle kemiske raketter er dyre at bruge på grund af drivmidlet, de har brug for. Men hvad nu hvis raketter ikke længere havde brug for brændstof til fremdrift? Den fantastiske teori om kvantiseret inerti (QI) foreslår netop dette scenarie. Konceptet er relativt enkelt. Du skal bare konvertere Unruh-stråling - en teoretisk form for kvantepartikler - til tryk. Denne uge (17. september 2018) meddelte University of Plymouth i Storbritannien, at en af ​​dens forskere har modtaget amerikanske regeringsfinansiering til at udforske denne idé.

Det kontroversielle, men fascinerende forslag kommer fra fysiker Mike McCulloch. Han foreslog først ideen tilbage i 2007, men nu er Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) - et agentur fra det amerikanske forsvarsministerium - involveret og bevilger 1, 3 millioner dollars til en fire-årig undersøgelse af konceptet. Forskningen finansieres gennem DARPAs Nascent Light-Matter Interactions-program, hvis erklærede formål er at forbedre den grundlæggende forståelse af, hvordan man kontrollerer samspillet mellem lette og konstruerede materialer.

McCullochs erklæring fra University of Plymouth sagde, at hvis der kunne udvikles en ny slags thruster, der kun krævede elektrisk strøm, kunne det gøre raketter både billigere og sikrere at bruge.

Fysiker Mike McCulloch fra University of Plymouth i Storbritannien har modtaget bevillinger fra den amerikanske regering til at undersøge QI-fremdrivningsmetoden. Billede via University of Plymouth.

Til dette arbejde vil McCulloch samarbejde med eksperimentelle forskere fra Technische Universit t Dresden i Tyskland og Universitetet i Alcala i Spanien.

Det første store skridt er at udvikle en forudsigelig teoretisk model for, hvordan stof interagerer med Unruh-stråling brug af den kvantiserede inertimodel. Dette vil give forskerne et nyt forudsigelsesværktøj til interaktioner mellem lys-stof. Ifølge McCulloch:

I sidste ende, hvad dette kan betyde, behøver du ingen drivmiddel for at starte en satellit. Men det vil også betyde, at du kun har brug for en kilde til elektrisk strøm, for eksempel solenergi, til at flytte ethvert fartøj, når det er i rummet. Det har potentialet til at gøre interplanetær rejse meget lettere og interstellar rejser mulig.

En EMDrive-motor. EMDrive er et andet brændstoffrit fremdrivningskoncept, men det er et lukket system, et reaktionsløst drev, uden interaktion mellem en skærm og eksterne partikler som Unruh-stråling. Et papir fra 2016 af Mike McColluch viste, hvordan QI kunne testes på en EMDrive. Siden da er mange forskere kommet til at betragte EMDrive som umulige, da det tilsyneladende ville være i strid med bevarelsen af ​​momentum og Newtons tredje lov. Billede via SPR Ltd./www.emdrive.com.

Så hvad er QI? Dybest set forudsiger det, at genstande kan skubbes fremad ved forskelle i intensiteten af ​​Uruh-stråling i rummet, svarende til hvordan et skib kan skubbes mod en dok, fordi der er flere bølger, der rammer det fra søsiden. Hvis en genstand blev accelereret nok - som en spindisk disk eller endda lys der springer mellem spejle - kunne Unruh-bølgerne, det støder på, blive påvirket af et skjold. Dette betyder, at hvis en spjæld skulle placeres over objektet, skulle den i teorien producere opadgående pres. McColluch mener, at dette kunne revolutionere mange forskellige former for transport og fremdrift på Jorden, ikke kun raketter:

Jeg tror, ​​QI kunne være en rigtig spiludveksler for rumvidenskab. Jeg har altid troet, at det kunne bruges til at konvertere lys til tryk, men det foreslår også måder at forbedre denne tryk på. Det er enormt spændende at nu have mulighed for at teste det.

I øvrigt har QI også anvendelser inden for ren videnskab. Det er blevet brugt til at forudsige galakserotation uden inddragelse af mørkt stof.

QI-ideen er del af et større skub for at udforske nye fremdrivningsteknikker til mulig fremtidig rumrejse. I 2010 annoncerede NASA det 100-årige Starship -projekt med den hensigt at spænde:

... adskillige generationer til at forpligte sig til forskning og udvikling af gennembrudsteknologier for at fremme det eventuelle mål om interstellar rumrejser.

I 2011 sponsorerede DARPA sammen med NASA det 100-årige Starship Symposium, som omfattede præsentationer om teknologi, biologi, fysik, filosofi, sociologi og økonomi i interstellar flyvning.

I 2016 offentliggjorde McCulloch et papir om, hvordan QI kunne testes på EMDrive. Ideen har tiltrukket sig sin andel af kritik, men nu vil den nye DARPA-finansiering lade forskere undersøge den yderligere.

Et andet radikalt koncept for et futuristisk NASA-stjerneskib, som også ville bruge et brændstofsløst thruster-koncept - et “varpdrev” - til at rejse gennem solsystemet og endda til nærliggende stjerner. Billede via Mark Rademaker / Flickr.

Nederste linje: Raketter er dyre, og fordi de bærer store mængder brændstof ombord, er de også farlige. Det nye kvantiserede inertikoncept - også kaldet QI - kunne revolutionere lanceringen af ​​satellitter i kredsløb, sende rumfartøjer ind i dybe rum og endda transport her på Jorden ... hvis det fungerer.

Læs mere fra McCullouch: Fysik fra kanten

Via University of Plymouth