Звездный двигатель
Звездные двигатели — это класс гипотетических мегаструктур , которые используют ресурсы звезды для создания доступной работы (также называемой эксергией ). Например, они могут использовать энергию звезды для производства механической, электрической или химической работы или могут использовать импульс света, излучаемого звездой, для создания тяги, способной управлять движением звездной системы. [1] Эта концепция была введена Бэдеску и Кэткартом. [2] Варианты, которые создают тягу, могут ускорять звезду и все, что вращается вокруг нее в заданном направлении. [3] [4] Создание такой системы сделало бы ее строителей цивилизацией II типа по шкале Кардашева .
Классы
Определены три класса звездных двигателей. [2]
Класс А (двигатель Шкадова)
Одним из простейших примеров звездного двигателя является двигатель Шкадова (названный в честь доктора Леонида Шкадова , который первым его предложил), или звездный двигатель класса А. [5] Такой двигатель представляет собой звездную двигательную систему, состоящую из огромного зеркала/ светового паруса — на самом деле массивного типа солнечного статита, достаточно большого, чтобы классифицироваться как мегаструктура — которая уравновешивала бы гравитационное притяжение к звезде и радиационное давление от нее. Поскольку радиационное давление звезды теперь будет асимметричным , то есть больше излучения будет испускаться в одном направлении по сравнению с другим, «избыточное» радиационное давление действует как чистая тяга , ускоряя звезду в направлении парящего статита. Такая тяга и ускорение будут очень небольшими, но такая система может быть стабильной в течение тысячелетий. Любая планетная система, прикрепленная к звезде, будет «увлекаться» за собой ее родительской звездой. Для звезды, такой как Солнце , со светимостью 3,85 × 1026 Вт и масса 1,99 × 1030 кг , общая тяга, создаваемая при отражении половины солнечной энергии, составит 1,28 × 1018 N . По истечении одного миллиона лет это дало бы приданную скорость 20 м/с, со смещением от исходного положения на 0,03 световых года . По истечении одного миллиарда лет скорость составила бы 20 км/с, а смещение — 34 000 световых лет, что составляет чуть более трети предполагаемой ширины галактики Млечный Путь .
Класс Б
Звездный двигатель класса B состоит из двух концентрических сфер вокруг звезды. Внутренняя сфера (которая может быть ассимилирована оболочкой Дайсона) получает энергию от звезды и становится горячее внешней сферы. Разница температур между двумя сферами приводит в действие тепловые двигатели, способные производить механическую работу.
В отличие от двигателя Шкадова, звездный двигатель класса B не является тяговым.
Класс С
Звездный двигатель класса C , такой как двигатель Бадеску-Кэткарта, [2] объединяет два других класса, используя как пропульсивные аспекты двигателя Шкадова, так и энергетические аспекты двигателя класса B. Более высокотемпературная оболочка Дайсона , частично покрытая зеркалом в сочетании с внешней сферой при более низкой температуре, была бы одним из воплощений такой системы. Несферическое зеркало обеспечивает преобразование светового импульса в эффективную тягу (как звездный двигатель класса A), в то время как разница температур может использоваться для преобразования звездной энергии в механическую работу (как звездный двигатель класса B). Обратите внимание, что такая система страдает от тех же проблем стабилизации, что и непропульсивная оболочка, как и рой Дайсона с большим зеркалом статита (см. изображение выше). Вариант пузыря Дайсона уже является двигателем Шкадова (при условии, что расположение компонентов статита асимметрично); добавление возможности извлечения энергии к компонентам кажется почти тривиальным расширением.
двигатель Каплана
Астроном Мэтью Э. Каплан из Университета штата Иллинойс предложил тип звездного двигателя, который использует концентрированную звездную энергию (повторное использование зеркальных статитов из класса A) для возбуждения определенных областей внешней поверхности звезды и создания пучков солнечного ветра для сбора многодвигательной воздушно-реактивной сборкой Бассарда . Прямоточные воздушно-реактивные двигатели будут производить направленную плазму для стабилизации ее орбиты и струи кислорода-14 для толкания звезды. Используя элементарные расчеты, которые предполагают максимальную эффективность, Каплан оценивает, что двигатель Бассарда будет использовать 10 12 кг солнечного материала в секунду для создания максимального ускорения 10 −9 м/с 2 , обеспечивая скорость 200 км/с через 5 миллионов лет и расстояние 10 парсек за 1 миллион лет. Хотя теоретически двигатель Бассарда мог бы работать в течение 100 миллионов лет, учитывая скорость потери массы Солнца, Каплан считает, что 10 миллионов лет будет достаточно для предотвращения столкновения звезд. [6] [7] Его предложение было заказано немецким образовательным каналом YouTube Kurzgesagt . [8]
Буксир «Своронос Звезда»
Александр А. Своронос из Йельского университета предложил концепцию «Звездного буксира», которая объединяет аспекты двигателя Шкадова и двигателя Каплана, чтобы создать еще более мощный и эффективный механизм для управления движением звезды. По сути, он заменяет гигантское параболическое зеркало двигателя Шкадова на двигатель, работающий на массе, поднятой со звезды, похожий на двигатель Каплана. Однако вместо того, чтобы толкать звезду сзади с помощью пучка тяги, как это делает двигатель Каплана, он тянет звезду спереди через свою гравитационную связь с ней, так же, как двигатель Шкадова. В результате ему нужно создать только один пучок тяги (по направлению к звезде, но едва не задев ее), тогда как двигатель Каплана должен создать два пучка тяги (один, чтобы толкать звезду сзади и нейтрализовать силу гравитации между двигателем и звездой, и один, чтобы двигать систему в целом вперед). В результате Svoronos Star Tug является гораздо более эффективным двигателем, способным развивать значительно более высокие ускорения и максимальные скорости. Svoronos Star Tug может, в принципе (при условии идеальной эффективности), разогнать Солнце до ~27% скорости света (после сжигания достаточной массы Солнца для его превращения в коричневого карлика). [9]
Смотрите также
Ссылки
- ^ "Stellar_Engines.pdf". Google Docs . Получено 2022-06-12 .
- ^ abc Badescu, Viorel; Cathcart, Richard B. (2000). «Звездные двигатели для цивилизации Кардашева II типа». Журнал Британского межпланетного общества . 53 : 297–306 . Bibcode : 2000JBIS...53..297B. Архивировано из оригинала 24-08-2018 . Получено 01-07-2013 .
- ^ Badescu, Viorel; Cathcart, Richard B. (февраль 2006 г.). «Использование звездных двигателей классов A и C для управления движением Солнца в галактике». Acta Astronautica . 58 (3): 119– 129. Bibcode : 2006AcAau..58..119B. doi : 10.1016/j.actaastro.2005.09.005.
- ^ Бадеску, Виорел; Кэткарт, Ричард Б. (2006). "Глава 12: Звездные двигатели и контролируемое движение Солнца". Макроинженерия: вызов будущему . Библиотека науки о воде и технологий. Том 54. С. 251– 280. doi :10.1007/1-4020-4604-9_12. ISBN 978-1-4020-3739-9.
- ^ Шкадов, Леонид (10–17 октября 1987 г.). «Возможность управления движением солнечной системы в Галактике». Труды 38-го Международного астронавтического конгресса IAF . 38-й Международный астронавтический конгресс IAC 1987. Брайтон, Англия: Международная астронавтическая федерация. С. 1– 8. Bibcode : 1987brig.iafcR....S.
- ^ Каплан, Мэтью (17 декабря 2019 г.). «Звездные двигатели: Конструктивные соображения для максимального ускорения». Acta Astronautica . 165 : 96– 104. Bibcode : 2019AcAau.165...96C. doi : 10.1016/j.actaastro.2019.08.027. S2CID 203111659. Архивировано из оригинала 23 декабря 2019 г. Получено 22 декабря 2019 г.
- ^ Каплан, Мэтью Э. (2019-12-01). «Звездные двигатели: Конструктивные соображения для максимального ускорения». Acta Astronautica . 165 : 96–104 . Bibcode : 2019AcAau.165...96C. doi : 10.1016/j.actaastro.2019.08.027. ISSN 0094-5765.
- ^ "Как переместить Солнце: Звездные двигатели". YouTube . Kurzgesagt. 22 декабря 2019 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Получено 26 апреля 2021 г.
- ^ Своронос, Александр А. (2020-11-01). «Звездный буксир: активный звездный двигатель, способный разогнать звезду до релятивистских скоростей». Acta Astronautica . 176 : 306–312 . Bibcode : 2020AcAau.176..306S. doi : 10.1016/j.actaastro.2020.07.005. ISSN 0094-5765. S2CID 224962621.
- Звездный двигатель (статья на сайте Энциклопедии астробиологии, астрономии и космонавтики)
- Путешествие по Солнцу ( Астрономия Сегодня , Раздел Исследования)
- Шкадов, Л. М. (10–17 октября 1987 г.). Возможность управления движением солнечной системы в галактике . 38-й конгресс Международной астронавтической федерации . Брайтон, Великобритания. Bibcode : 1987brig.iafcR....S. Статья IAA-87-613.
