Звездный двигатель
Звездные двигатели — это класс гипотетических мегаструктур , которые используют ресурсы звезды для генерации доступной работы (или, другими словами, для выработки энергии). Например, они могут использовать энергию звезды для выполнения механической, электрической или химической работы или использовать импульс света, излучаемого звездой, для создания тяги, способной управлять движением звездной системы. [1] Эту концепцию представили Бэдеску и Кэткарт. [2] Варианты, создающие тягу, могут ускорять звезду и все, что вращается вокруг нее в заданном направлении. [3] [4] Создание такой системы сделало бы ее создателей цивилизацией II типа по шкале Кардашева .
Классы
[ редактировать ]Определены три класса звездных двигателей. [2]
Класс А (подруливающее устройство Шкадова)
[ редактировать ]Одним из простейших примеров звездного двигателя является двигатель Шкадова (названный в честь доктора Леонида Шкадова , который первым его предложил), или класса А. звездный двигатель [5] Такой двигатель представляет собой звездную двигательную систему, состоящую из огромного зеркала/ легкого паруса (на самом деле это массивный тип солнечного статита, достаточно большой, чтобы его можно было классифицировать как мегаструктуру ), который уравновешивал бы гравитационное притяжение к звезде и радиационное давление вдали от звезды. Поскольку радиационное давление звезды теперь будет асимметричным , то есть в одном направлении будет излучаться больше радиации по сравнению с другим, «избыточное» радиационное давление действует как чистая тяга , ускоряя звезду в направлении зависшего статита. Такая тяга и ускорение будут очень незначительными, но такая система может оставаться стабильной на протяжении тысячелетий. Любая планетная система, присоединенная к звезде, будет «тащиться» за своей родительской звездой. Для такой звезды, как Солнце , светимостью 3,85 × 10 26 Вт и масса 1,99 × 10 30 кг , общая тяга, создаваемая за счет отражения половины солнечной энергии, составит 1,28 × 10 18 Н. Через миллион лет это даст сообщенную скорость 20 м/с со смещением от исходного положения на 0,03 светового года . Через один миллиард лет скорость составит 20 км/с, а смещение — 34 000 световых лет, что составляет чуть более трети предполагаемой ширины галактики Млечный Путь .
Класс Б
[ редактировать ]Звездный двигатель класса B состоит из двух концентрических сфер вокруг звезды. Внутренняя сфера (которая может быть объединена с оболочкой Дайсона) получает энергию от звезды и становится более горячей, чем внешняя сфера. Разница температур между двумя сферами приводит в движение тепловые двигатели, способные совершать механическую работу.
В отличие от двигателя Шкадова, звездный двигатель класса В не является маршевым.
Класс С
[ редактировать ]Звездный двигатель класса C , такой как двигатель Бадеску – Кэткарта, [2] объединяет два других класса, используя как тяговые аспекты двигателя Шкадова, так и энергогенерирующие аспекты двигателя класса B. с более высокой температурой, Оболочка Дайсона частично покрытая зеркалом в сочетании с внешней сферой с более низкой температурой, могла бы быть одним из воплощений такой системы. Несферическое зеркало обеспечивает преобразование светового импульса в эффективную тягу (как в звездном двигателе класса А), а разницу температур можно использовать для преобразования энергии звезды в механическую работу (как в звездном двигателе класса В). Обратите внимание, что такая система страдает от тех же проблем со стабилизацией, что и недвижительная оболочка, как и рой Дайсона с большим статитовым зеркалом (см. изображение выше). Вариант пузыря Дайсона – это уже двигатель Шкадова (при условии несимметричного расположения статитных компонентов); добавление к компонентам возможности извлечения энергии кажется почти тривиальным расширением.
Каплан подруливающее устройство
[ редактировать ]Астроном Мэтью Э. Каплан из Университета штата Иллинойс предложил тип звездного двигателя, который использует концентрированную звездную энергию (перепрофилируя зеркальные статиты из класса А) для возбуждения определенных областей внешней поверхности звезды и создания лучей солнечного ветра для сбора их мульти- ПВРД Бассарда. ПВРД будут производить направленную плазму для стабилизации орбиты и струи кислорода-14 для толкания звезды. Используя элементарные расчеты, предполагающие максимальную эффективность, Каплан подсчитал, что двигатель Бассара будет использовать 10 12 кг солнечного материала в секунду, чтобы создать максимальное ускорение 10 −9 РС 2 , что дает скорость 200 км/с через 5 миллионов лет и расстояние в 10 парсеков за 1 миллион лет. Хотя теоретически двигатель Бассарда будет работать в течение 100 миллионов лет, учитывая скорость потери массы Солнца, Каплан считает, что 10 миллионов лет будет достаточно, чтобы избежать столкновения звезд. [6] Его предложение было сделано по заказу немецкого образовательного YouTube- канала Kurzgesagt . [7]
Буксир «Своронос Стар»
[ редактировать ]Александр А. Своронос из Йельского университета предложил «Звездный буксир» — концепцию, которая сочетает в себе аспекты двигателя Шкадова и двигателя Каплана для создания еще более мощного и эффективного механизма управления движением звезды. По сути, он заменяет гигантское параболическое зеркало двигателя Шкадова двигателем, приводящим в движение массу, поднятую со звезды, аналогично двигателю Каплана. Однако вместо того, чтобы толкать звезду сзади лучом тяги, как это делает двигатель Каплана, он притягивает звезду спереди через свою гравитационную связь, так же, как двигатель Шкадова. В результате ему нужно создать только один луч тяги (к звезде, но с небольшим промахом), тогда как двигатель Каплана должен создавать два луча тяги (один, чтобы толкать звезду сзади и нейтрализовать силу гравитации между двигателем и звезда, и одна, чтобы продвигать систему в целом вперед). В результате Svoronos Star Tug представляет собой гораздо более эффективный двигатель, способный развивать значительно более высокие ускорения и максимальные скорости. Звездный буксир Своронос в принципе может (при условии идеальной эффективности) разогнать Солнце до ~ 27% скорости света (после сжигания достаточной массы Солнца, чтобы превратить его в коричневого карлика). [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ "Stellar_Engines.pdf" . Гугл Документы . Проверено 12 июня 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Бадеску, Виорел; Кэткарт, Ричард Б. (2000). «Звездные двигатели для цивилизации Кардашева II типа» . Журнал Британского межпланетного общества . 53 : 297–306. Бибкод : 2000JBIS...53..297B . Архивировано из оригинала 24 августа 2018 г. Проверено 1 июля 2013 г.
- ^ Бадеску, Виорел; Кэткарт, Ричард Б. (февраль 2006 г.). «Использование звездных двигателей классов A и C для управления движением Солнца в галактике». Акта Астронавтика . 58 (3): 119–129. Бибкод : 2006AcAau..58..119B . дои : 10.1016/j.actaastro.2005.09.005 .
- ^ Бадеску, Виорел; Кэткарт, Ричард Б. (2006). «Глава 12: Звездные двигатели и управляемое движение Солнца». Макроинженерия: вызов будущего . Библиотека водных наук и технологий. Том. 54. С. 251–280. дои : 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». Материалы 38-го Международного астронавтического конгресса IAF . 38-й Международный астронавтический конгресс IAC, 1987. Брайтон, Англия: Международная астронавтическая федерация. стр. 1–8. Бибкод : 1987brig.iafcR....S .
- ^ Каплан, Мэтью (17 декабря 2019 г.). «Звездные двигатели: соображения проектирования для максимального ускорения» . Акта Астронавтика . 165 : 96–104. Бибкод : 2019AcAau.165...96C . дои : 10.1016/j.actaastro.2019.08.027 . S2CID 203111659 . Архивировано из оригинала 23 декабря 2019 года . Проверено 22 декабря 2019 г.
- ^ «Как перемещать Солнце: звездные двигатели» . Ютуб . Курцгезагт. 22 декабря 2019 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Своронос, Александр А. (01.11.2020). «Звездный буксир: активный звездный двигатель, способный разогнать звезду до релятивистских скоростей» . Акта Астронавтика . 176 : 306–312. Бибкод : 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 космических полетов)
- Солнечное путешествие ( Астрономия сегодня , Раздел исследований)
- Шкадов Л.М. (10–17 октября 1987 г.). Возможность управления движением Солнечной системы в галактике . 38-й конгресс Международной астронавтической федерации . Брайтон, Великобритания. Бибкод : 1987brig.iafcR....S . Бумага ИАА-87-613.
| Контур | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Поджанры |
| ||||||||||||||
| Культура |
| ||||||||||||||
| СМИ |
| ||||||||||||||
| Темы |
| ||||||||||||||
| Связанный | |||||||||||||||
