Скорост и технически прогрес

 ·

Flyer

Горд собственик на сайта © Логиката ще те отведе от точка А до точка В. Въображението ще те отведе навсякъде.

razdelitel

bgtop-vote-new

В момента има доста статии, които са копирани от сайта СВЕЖА НАУКА. Докато се заемем с въпросните статии, моля не се колебайте да посетите СВЕЖА НАУКА за повече информация.

razdelitel

FavoriteLoadingДобави в любими

razdelitel

Колко бързо можем да се движим в пространството? Откъде тръгнахме, къде стигнахме, и накъде сме се запътили?

Ние, хората сме обсебени от скоростта. За пресен пример, миналия месец, студенти в Германия счупиха рекорда за най-бързо ускоряваща се електрическа кола. Тяхната скъпа играчка достига 100 km/h за 1.779 секунди – в сравнение Tesla Model S ускорява от 0 до 100 за 2.8 секунди.

От друга страна, Военновъздушните сили на САЩ съобщиха, че планират да разработят свръхзвукови самолети, които ще се движат с повече от пет пъти скоростта на звука – 5-МАХ, или над 6 100 km/h. Въпреки, че тези самолети, или по-скоро дронове, няма да превозват екипаж, в действителност няма реална опасност за човек да с движи с тази скорост.

Електрическа кола - рекорд за ускорение от 0 до 100

Сегашният рекорд за скорост се поделя от триото на астронавтите, които се качват на борда на Apollo 10. На връщане от обиколката около Луната през 1969-а, капсулата им достига върховата си точка от 39 897 km/h.

„Мисля, че преди сто години, никой не си е представял, че човек ще пътува из космоса с почти 40 000 km/h“, споделя Jim Bray директор на отдела работещ по модула Orion, за новата мисия на NASA до Марс.

Според специалистите, сравнително скоро ще сме способни да подобрим този рекорд. Истинската опасност се крие в ускорението, или когато трябва да намалим рязко. И тук възниква въпроса: Къде е границата на натоварване и какви са решенията да минем отвъд тази граница?


Издръжливост при G-сили

Въпреки опасностите, ние сме готови и притежаваме необходимата технология за да постигнем скорост, надвишаваща 40,000 km/h. Но както вече стана ясно, бързото ускорение и забавяне може да бъде смъртоносно за крехкия човешки организъм.

Причините за телесните травми в пътнотранспортните произшествия се следствие от една основна характеристика на нашата Вселена, тя важи за материята и всички частици притежаващи маса, а именно – инерцията. Концепцията е добре позната от първия закон за движението на Нютон.

Всяко тяло запазва състоянието си на покой или на равномерно и праволинейно движение дотогава, докато външна сила не го изведе от това състояние.

Така например, пилотите биват тренирани в центрофуги, за да се установи на какви натоварвания могат да издържат.

Преди около век, с изобретяването на здрави въздухоплавателни средства, които могат рязко да маневрира при висока скорост, започват да се наблюдават странни симптоми у пилотите, включващи краткотрайна загуба на зрението и усещане за безтегловност. Симптомите са причинени от G-силите, които действат върху тялото при рязка промяна на скоростта и посоката на движение.

Земно ускорение се отнася до гравитационната сила на привличане, която изпитват всички тела в близост до земната повърхност. Приблизителната му стойност е 9,8 m/s².

Високите натоварвания при рязка промяна в посоката на движение могат да доведат до загуба на съзнание, в авиацията явлението е известно като G-индуцирана загуба на съзнание или GLOC.

Цялото тяло на човек може да понесе за продължително време натоварване от 5G, без да изгуби съзнание. Пилотите на бойни изтребители носят специални костюми – high-G костюми, които при рязка маневра притискат кръвоносните съдове в краката, изтласквайки кръвта към главата. Така те могат да запазят съзнание дори при маневри над 9G.

„За кратък период от време, човешкото тяло може да издържи много повече от 9G.“ – обяснява Jeff Sventek, Aerospace Medical Association

Рекордът за моментно издържане на екстремно натоварване е поставен от Eli Beeding Jr, капитан от Американските военновъздушни сили. През 1958-а, със задвижвана от ракетен двигател шейна, която буквално се изстреляла от 0 до 55 km/h за 0.1 секунди, сензорът за натоварване на торса на капитана записва невероятните 82.6G с продължителност една десета от секундата. Естествено при експеримента Beeding губи съзнание, но се разминава само с леки наранявания по гърба.

Експериментът остава забележителен пример за устойчивостта на иначе крехкото човешко тяло.


Излизане в космоса

Астронавтите също изпитват сравнително големи натоварвания – между 3G и 8G, при излитане и обратно при навлизане в атмосферата. Основната посока на тези сили е насочена към гърба на астронавтите, благодарение на хитрия начин на позициониране на телата им.

Веднъж при постигната постоянна скорост от около 26 000 km/h в околоземна орбита, астронавтите не чувстват нищо по-различно от пътниците на борда на обикновен пътнически самолет.

Orion

И докато G силите не са проблем за мисията Orion, то малките космически камъчета – „микрометеорити“ – могат да са сериозна заплаха. Тези малки зрънца могат да достигнат зашеметяващите 300 000 km/h. За да защити екипажа и самия кораб, Orion има специален защитен слой с дебелина от 30 cm, плюс куп други умни инженерни похвати.


Космически пътешествия – The Next Generation

Тази нужда от скорост поставя много бъдещи препятствия. Новият кораб на NASA, който би трябвало да бие 46-годишния рекорд, разчита на технология с дългогодишна история, същият химически ракетен двигател, използван при първата космическа мисия. Но тази технология има един основен недостатък, и това е ограниченото количество енергия, което може да се отдели за единица обем съхранено гориво.

Така че, за да можем да достигнем значително по-големи скорости за мисии до Марс и отвъд, са необходими нови подходи. Дори в много случаи и нова физика.

„Технологията с която разполагаме в момента е достатъчно добра за да ни откара до Марс, но все пак е желателно да се види някакъв прогрес при задвижващите системи.“ – споделя Bray

Eric Davis е завеждащ отдела по физика, от института за напреднали изследвания към NASA – Institute for Advanced Studies – Austin, Breakthrough Propulsion Physics Programme. Проектът приключи през 2002-а и даде три обещаващи, ако говорим само за класическата физика, заключения за бъдещето на космическите пътешествия. На кратко: ядрен разпад, ядрен синтез и инихилация на антиматерия.

Първият метод е разделяне на атома, както в конвенционалните ядрени реактори. Вторият метод, ядрен синтез, сливане на атомни ядра – процес който протича в звездите, и чиста технология, която все още не сме овладели; или както старото мото гласи „винаги на едни 50 години в бъдещето“.

„Тази технология е сложна,“ обяснява Davis, „но е прекрасно разработена с класическата физика и съществува още от началото на Атомната ера.“

Различни задвижващи системи базирани на разпад или синтез, теоритично могат да ускорят космически кораб до 10% от скоростта на светлината – забележителните 100 000 000 km/h.

The Next Generation

Най-добрият начин за задвижване на бързоускоряващ кораб остава антиматерията. Когато материя и антиматерия направят контакт, те се „унищожават“ в чиста енергия. Технологията за създаване на малки количества антиматерия и съхранението й съществува и днес. Но продукцията на съществени и използваеми като гориво количества изисква много повече от това.

С двигател задвижван от антиматерия, един хипотетичен космически кораб би бил в състояние да ускорява в период от месеци, дори години, достигайки висок процент от скоростта на светлина, в същото време поддържайки натоварванията в поносими граници за екипажа. Но тези фантастични нови скорости превръщат почти всичко изпречело се на пътя на кораба в унищожителна заплаха.


Водородна градушка

Стотици милиони километри в час, всяка частичка в космоса е потенциална заплаха за корпуса на кораба и екипажа, от микрометеорити до водородни атоми.

Въпреки че наситеността на водородни атоми в космоса е около един атом на кубичен сантиметър пространство, при движение със скорост от 95% скоростта на светлината, попаденията се увеличават многократно. При ударите в корпуса атомите ще се разпадат на субатомни частици, облъчвайки екипажа с огромни дози радиация. Всъщност, лъчението ще е толкова силно, че би значело моментална смърт. Освен това, корпуса ще се нагрее почти веднага до точката на топене за всички познати ни материали.

Водородна градушка

Учени от университета Johns Hopkins са установили, че хипотетичен космически кораб, с енергиен щит не би могъл да се движи из космическото пространство със скорост по-голяма от 50% скоростта на светлината без да убие екипажа си.

Marc Millis, физик от NASA, напомня че тези ограничения за скоростта остават далечни притеснения. „На база физиката, с която разполагаме в момента, скорост по-голяма от 10% скоростта на светлината ще бъде много трудна за постигане. Все още няма реална опастност. За сравнение ще кажа, че няма нужда да се притесняваме от удавяне, ако все още не можем да стигнем водата.“


По-бързо от скоростта на светлината?

Да предположим, че сме се научили да плуване, ако може така да се изразим, може би някой ден ще се научим да нагъваме и време-пространството, за да пътуваме по-бързо от скоростта на светлината.

Една интересна идея за пътуване отвъд скоростта на светлината е Warp Drive, двигател като този от Star Trek. В научните среди е познат още като Alcubierre Drive, работи нагъвайки време-пространството пред космическия кораб, и съответно разгъвайки го зад кораба – така се създава пространствен балон, който се движи по-бързо от скоростта на светлината, докато корабът остава в покой в балона със своите време-пространство и материя, заобикаляйки всички вселенски бариери за скорост.

Скорост и технологичен прогрес-7

  • Уловката: Концепцията изисква екзотична форма на материя генерираща антигравитация, способна да свива и разширява време-пространството. „Физиката не забранява негативната маса“, обяснява Davis, „но до момента нямаме пример за такава, и никога не сме наблюдавали нещо подобно в природата.“

Заседнали на под-светлинна скорост?

Дали сме обречени завинаги да се движим под скоростта на светлината, било то заради крехките ни тела, или заради самата физика на Вселената? Отговорът на този въпрос има значение не само за поставянето на нови рекорди, но и за бъдещето ни като космическа раса, а защо не и междузвездно, че и галактическо общество.

С половин светлинна скорост, лимитът който поставиха учените, най-близката звезда се намира на 16-годишно пътешествие. Това във всички случаи не изглежда обещаващо.

Но всички таим надежда. Поглеждайки над човешките постижения за последните 50-100 години – страхотни скорости, аеродинамика, high-G костюми, микрометеоритни щитове, явно че намирането на решения е закодирано в нас – независимо къде и кога. „Може би, ако достигнем водата, ще намерим начин и да полетим.“

„Технологията която ще ни даде невиждани скорости, ако допуснем че физиката на бъдещето го позволява, то разбиранията за тази технология би трябвало да ни даде възможност да се защитим от последствията от едно такова пътуване. “ – MIllis

Да не забравяме, че самата същност на реалността се променя с годините – като започнем от Класическата механика, минем през Теорията на относителността, и стигнем до Квантовата механика. Дали в далечното бъдеще въобще ще имаме нужда от физически космически кораби за да пътуваме до други светове? Можем само да гадаем, но едно е сигурно – наближи ли моментът, ще сме готови!



Видяно 164 пъти



  • 

    Подобни материали

    

    Вашият коментар

    Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *