Варп-двигатель

Звёздный путь (Star Trek)
Телесериалы
Оригинальный сериал - 80 эпизодов
Анимационный сериал - 22 эпизода
Следующее поколение - 178 эпизодов
Глубокий космос 9 - 176 эпизодов
Вояджер - 172 эпизода
Энтерпрайз - 98 эпизодов
Фильмы
Звёздный путь: Фильм
Звёздный путь 2: Гнев Хана
Звёздный путь 3: В поисках Спока
Звёздный путь 4: Путешествие домой
Звёздный путь 5: Последняя граница
Звёздный путь 6: Неоткрытая страна
Звёздный путь: Поколения
Звёздный путь: Первый контакт
Звёздный путь: Восстание
Звёздный путь: Возмездие
Звёздный путь (XI)
Основные цивилизации
Объединённая федерация планет
Клингоны - Ромуланцы - Борги
Баджорцы - Кардассианцы - Ференги
Кезоны - Толианцы - Триллы
Доминион - Брины - Хирогены
Зинди - Вулканцы - Кью
Информация
Персонажи - Расы - Клингонский язык
Хронология - Телепатия - Физика
Звездолёты - Классы звездолётов
Сопутствующая продукция
Рассказы и книги
Игры
Star Trek Online
Список компьютерных игр по Star Trek
Карточная игра (CCG) - RPG
Вклад
Вклад в культуру - Треккеры

Варп-двигатель (англ. Warp drive , двигатель искривления) - cобирательный, фантастический научно-теоретический образ технологии или явления из вымышленной вселенной Star Trek , позволяющей попасть из одной точки пространства в другую быстрее, чем это делает свет. Это становится возможным благодаря генерации специального поля искривления (варп-поля), которое окутывает судно и искажает пространственно-временной континуум космического пространства , перемещая его. Двигатель искривления не разгоняет физическое тело быстрее скорости света в обычном пространстве, но использует свойства пространства - времени для перемещения быстрее, нежели это происходит с плоской электромагнитной волной (свет) в вакууме.

В сериале Звёздный путь

Технология

В общих чертах принцип работы варп-двигателей заключается в деформации пространства перед и позади звездолета, позволяя тому двигаться быстрее скорости света. Пространство «сжимается» перед судном и «разворачивается» за ним. При этом само судно находится в своеобразном «пузыре», оставаясь защищенным от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически остается неподвижным: перемещается само искаженное пространство, в котором он находится.

Использование варп-двигателей требует больших энергетических затрат, поэтому варп-системы Объединенной Федерации Планет приводятся в действие благодаря реакции между материей и антиматерией , разграниченными друг от друга кристаллами дилитиума. В результате реакции создается высоко-энергетичная плазма , называемая электро-плазмой. Электро-плазма направляется специальными электро-магнитными трубопроводами электро-плазменной системы (англ. electro-plasma system, EPS ) в плазменные инжекторы , которые, в свою очередь, создают варп-поле. Разные цивилизации используют разные источники энергии, но в целом процесс происходит аналогично.

Варп-поле, Поле искривления (Warp field)

Поле искривления состоит из множества слоев. Эти слои формируют «субпространственное поле». Это очень походит на «мини-вселенную», которая отделена от нормального пространства. Из-за отличающихся законов в этой мини-вселенной, относительно нормального пространства, мини-вселенная может двигаться со сверх световой скоростью. Чем из большего количества слоев состоит поле искривления, тем более глубоко корабль погружается в субпространство, тем дальше он отделяется от нормального пространства и тем выше скорость. Чтобы достигать более высоких скоростей, необходимо увеличить число субпространственных слоев. Для создания и поддержания последующего слоя требуется все больше энергии. Теоретический предел, наложенный на работу двигателя искривления называется предел Юджина. Согласно которому, фактор деформации 10 никогда не может быть, так как при этом расход энергии, как впрочем и скорость, становились равны бесконечности. Полный оставшийся доступным скоростной диапазон сжат между Warp 9 (9 слоев) и Warp 10 (бесконечная скорость).

На звездолёты класса «Интрепид» устанавливались специальные гондолы с изменяемой геометрией, позволяющее двигаться с еще более высокой скоростью без причинения вреда окружающему пространству и объектам, в нем расположенным. На более новом классе звездолётов «Суверин » устанавливаются более совершенные гондолы искривления, позволяющие двигаться с большими скоростями без изменения геометрии.

Элементы системы

• Контейнер с антивеществом
• Катушка индуктивности антивещества
• Реле антивещества
• Патроны дилитиума
• Электро-плазма
• Механизм экстренной остановки реакции
• Основная магистраль охлаждающего устройства
• Магнитный трубопровод
• Магнитный блок
• Гондолы

Часть двигателя деформации, спереди обычно располагается Вихревой сборщик со своими дополнительными системами, далее идет Плазменный инжектор, фокусирующий поток плазмы точно по центру Катушки искривления и собственно ряд катушек по всей оставшийся длине. Стандартом де-факто среди рас, использующих двигатели искривления, является использование двух гондол искривления слева и справа от корпуса корабля.

• • Коллекторы Буссарда

Устройство, обычно располагаемое (на кораблях Федерации) на переднем конце гондол искривления, и служащее для первичного сбора межзвездного газа (последующей сортировкой и переработкой занимаются уже другие системы). Сборщик обычно включается если запасы материи или антиматерии в баках корабля почти иссякли. Вихревой сборщик состоит из набора катушек, которые создают магнитное поле и подобно воронке затягивающее межзвездный газ.

• • Плазменный инжектор
  • Варп-катушка (катушка деформации)

Тороид, разделенный на несколько частей, который создает поле искривления, будучи активированным проходящим потоком высокоэнергетической плазмы. Ряд катушек деформации располагается в гондоле искривления. Используя плазменный инжектор, корабль может регулировать последовательность активации отдельных катушек искривления во время движения, позволяя кораблю маневрировать на Варп - скоростях.

• Аннулирующее ядро
• Предварительная магистраль охлаждения
• Катушка индуктивности
• Плазменный трубопровод
• Промежуточный охладитель плазмы
  • Смазочно-охлаждающая жидкость
• Регулятор плазмы
• Энергопередающий канал
• Сеть передачи энергии

Сеть распределения энергии, используемая на борту звездолетов Федерации для питания всех источников потребления, за ее работой и распределением энергии от источников к потребителям контролирует офицер ЭПС со своего терминала. Энергия передается в канале питания высокими скоростями движения плазменных частиц. Есть два основных источника питания: это ядро искривления и термоядерные реакторы в импульсных двигателях. Ядро в первую очередь питает гондолы искривления, щиты и фазеры, а импульсные двигатели всех прочих потребителей.

• Космическая матричная катушка восстановления
• Варп-плазменный трубопровод
• Ядро деформации
  • Реактор материи/антиматерии
  • Инжектор антиматерии
  • Плата кристаллов дилитиума
    • Кристалл дилитиума

Пожалуй главный компонент ядра искривления, внутри которого потоки вещества и антивещества при управляемом процессе аннигиляции преобразуются в электроплазменный поток. Дилитий - единственный пока известный элемент, который инертен к антивеществу, когда подвергается воздействию высокочастотного электромагнитного поля в мегаваттном диапазоне. Эффективность реакции в кристалле зависит от его качества.

• • • Механизм соединения кристаллов
  • Инжектор материи
  • Наборщик тета-матрицы

Разработка варп-двигателей

Каждая космическая цивилизация разработала варп-технологии самостоятельно и в разное время. Так Вулканцы имели варп-двигатели в третьем столетии по земному летоисчислению. В 2151 они преодолели скорость, равную семи варп-факторам. В том же году Клингоны смогли достичь шестой скорости. Следует заметить что сами клингоны не разработали варп-технологий - они были «позаимствованы» у хур’ков, когда-то захвативших родной мир клингонов КроноС (Хронос).

Объединенная Федерация Планет признала создание варп-двигателя важным этапом и фактором, характеризующим развитие какого-либо общества. Директивы Звёздного флота запрещают вступать в контакт с инопланетными расами до тех пор, пока те не войдут в эру варп-технологий.

Варп-технологии Федерации

Первый полет «Феникса»

На Земле варп-двигатель был создан ученым Зефрамом Кокрейном вскоре после окончания Третьей Мировой Войны. Несмотря на недостаток ресурсов, ему удалось переоборудовать для своих экспериментов космическую ракету «Титан V».

Первый испытательный полет варп-судна «Феникс» состоялся 5 апреля 2063 года и стал причиной «первого контакта» - встречи Землян и Вулканцев.

Однако дальнейшее развитие варп-технологий шло очень медленно (это во многом связанно с позицией Вулканцев, считающих человечество не готовым к освоению космоса) и только 80 лет спустя, в 2140-х, новый двигатель, созданный инженером Генри Арчером смог достичь варп-фактора 2. Вскоре сын Генри, Джонатан Арчер , преодолел 2-варп барьер, достигнув скорости варп 2.5.

К 2151 технология была развита настолько, что человечество стало готовым преодолеть барьер в 5 варп-факторов. Первым судном, оборудованным новым двигателем, стал звездолет «Энтерпрайз », который 9 февраля 2152 поставил новый рекорд скорости.

В 2161 была достигнута скорость 7 и новые двигатели начали устанавливаться на звездолеты.

В 2240-х годах скорость в 6 варп-факторов стала крейсерской (максимальная скорость на тот момент составляла варп 8).

Более высокие скорости были достигнуты только благодаря вмешательству других цивилизаций. Так в 2268 году Келвансы внесли изменения в конструкцию звездолета «Энтерпрайз», в результате чего тот смог добиться скорости варп 10 . В том же году из-за саботажа Лосира звездолет «разогнался» до варп 14.1.

В то же время на звездолеты стали устанавливаться новые гондолы, сделавшие скорость варп 8 обыденной («Звёздный путь: Фильм »). В 2280-х была разработана технология «трансварп», которая должна была позволить двигаться с ещё большей скоростью, однако неудача испытаний новых двигателей вынудила инженеров отказаться от их практического применения.

Ко времени появления класса «Галактика » в 2360-х успехи инженеров позволили звездолетам двигаться со скоростью варп 9.6 в течение двенадцати

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.

В самом начале XX столетия молодой служащий патентного бюро из города Берн потряс своей новой предложенной картиной окружающего мира. Клерка звали Альберт Эйнштейн, а его идея сегодня широко известна как Теория относительности. Дело в том, что на стыке веков в мире физики бытовало популярное мнение, что все секреты природы уже, в общем-то, известны, а ученым осталось всего лишь решить несколько незначительных задач.

Теория относительности буквально перевернула все представления о законах физики. Главным ее достижением стало нахождение точного отношения между пространством и временем. Благодаря Альберту Эйнштейну эти две величины теперь представлялись и представляются физикам, как четко связанные и взаимозависимые. Константой, связывающей время и пространство, стало постоянство скорости распространения света в вакууме. Однако та же самая утверждала, что является максимально возможной скоростью в природе. Поскольку фотоны являются безмассовыми квантовыми частицами, ни одна частица, обладающая положительной массой (а из них состоит окружающая нас материя) не сможет приблизиться к световой скорости. Ведь для этого разгона ей потребовалась бы бесконечная энергия, что по определению невозможно. Но ведь до самых ближайших к нам звезд несколько световых лет. А до многих из них сотни и тысячи Так что же, любой, даже максимально возможно быстрый космический аппарат, обречен тратить века на преодоление

Спасительная «варп-скорость»

Законы физики невозможно нарушить, но, оказывается, они, как и любые юридические законы, оставляют нам лазейки, позволяющие обойти их, перехитрить саму природу. И ответ кроется все в той же Теории относительности. Развивая свои идеи, Эйнштейну и некоторым его современникам удалось также обнаружить связь между пространством-временем и гравитацией. Кратко говоря, эта связь заключается в том, что гравитация искривляет время и пространство.

Так, возле объектов в космосе, обладающих чудовищным гравитационным влиянием, ход времени сильно замедляется, а само пространство буквально сжимается. Этому открытию и обязан своим появлением варп-двигатель - как популярный образ в научной фантастике второй половины XX века, а также в качестве перспективной идеи современных ученых. В пространстве невозможно двигаться быстрее скорости света, однако теоретически само пространство возможно деформировать так, чтобы оно сжималось между двумя объектами. Например, и желанной звездой. Варп-двигатель, таким образом, не смог бы быстро преодолевать далекие расстояния, однако при помощи специально создаваемого поля искривления мог бы сделать эти самые расстояния удивительно близкими. Конечно, пока это всего лишь фантазия, ничего подобного не существует в технологиях людей. Варп-двигатель больше известен благодаря сериалам вроде «Звездного пути», «Звездных врат», «Звездных войн» и подобных им. Ведь там он является важнейшим элементом фантастических историй, объясняющим саму их возможность.

Варп-двигатель НАСА

Однако подобная технология теоретически может быть осуществлена в будущем. Более того, исследования в этой области уже ведутся. Идея была впервые предложена в 1994 году физиком из Мексики Мигелем Алькубьерре. Собственно, именно он и предложил создать своеобразный пузырь, который будет окружать корабль и деформировать вокруг него пространство необходимым образом. Главной проблемой нынешних расчетов остается то, что варп-двигатель может потребовать слишком большую и пока недостижимую энергию для своей работы. Однако уже сегодня НАСА проводится множество экспериментов, призванных разрешить важные проблемы относительно возможностей и физических свойств явления.

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.