NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律

日期:2020-01-26 08:35:08   来源:互联网   编辑:小TT   阅读人数:221

星际迷航中·斯科特说过一句名言: 你无法改变物理定律。但在现实中,一位在美国宇航局工作的太空工程师说他可能已经做到了。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图1)

位于巴马州的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的大卫·伯恩斯公布了他称之为“螺旋引擎”的设计,这种发动机可以在不使用任何燃料的情况下为太空飞行提供动力。只是存在一个小问题,它违反了我们所知道的物理定律:每一个动作都有一个反作用力。这是所有太空火箭运行的原理,朝一个方向喷出推进剂,导致火箭向另外一个方向前进。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图2)

有些人对于他的概念设计表示怀疑,伯恩斯接受采访时说:我很乐意展示给大家,如果有人说它没用,我会第一个说它值得一试。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图3)

关于螺旋发动机是如何起作用的,可以用简单的文字描述如下: ,想象一个无摩擦表面上的盒子,盒子里有一根杆,一个圆环可以沿着杆子滑动。如果盒子里的弹簧推动了圆环,圆环就会沿着杆向一个方向滑动,而盒子就会向另一个方向反冲。当圆环到达盒子的末端时,它会向后弹回,盒子的反冲方向也会改变。这就是作用力与反作用力,也被称为第三运动定律,在正常情况下,它会限制盒子来回摆动。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图4)

但是伯恩斯提出一个问题,如果环的质量在一个方向上比另一个方向上大得多,会发生什么呢? 这样一来,箱子的一端就会比另一端产生更重的推动力量。行动力将会超过反作用力,盒子将加速前进。

伯恩斯的设计利用了众所周知的在接近光速时发生的质量改变效应。这种质量变化不是物理学所禁止的,的狭义相对论说,当物体被推向光速时,它们会获得质量。如果盒子和环以接近光速前进,当环接近盒子的前端, 它的质量将会增加,因为它的前进速度要比向后移动的速度要快, 所以它会更用力的撞击,从而产生前进的动力。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图5)

但伯恩斯认为,更有意义的是抛弃盒子和杆子,使用粒子加速器进行横向和圆周运动,在这种情况下,加速器需要呈螺旋形。实际的引擎本身将使用粒子加速器和离子粒子,但上文所述是基本要点。伯恩斯在NASA的技术报告上发表了论文,描述了这一概念设计。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图6)

伯恩斯的论文写道: 化学、核能和电力推进,通过加速和排出推进剂来产生推力。深空旅行常常是在推力和大型推进剂储罐之间的权衡,这两者的均衡最终会限制性能。该论文的目的是介绍和研究一种使用封闭循环推进剂的独特引擎。

根据伯恩斯的说法,它可以在不违反定律的情况下产生高达99%光速的推力,然而他的设想但却完全违背了第三运动定律:动作始终具有相反的、相等的反作用力,即相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图7)

另外伯恩斯提到,该引擎还有其他障碍需要克服。它必须长200米长,宽12米,另外要求大功率,需要165兆瓦地功率才能产生1的推力,因此该引擎只有在深空无摩擦的环境下才能有效工作。

伯恩斯并不担心是否它真的不起作用,就像之前其他人尝试的无燃料推进器一样。1970年代后期美国发明家罗伯特·库克发明了一种发动机,据称可以将离心力转换为线性运动;2000年代初期英国发明家罗杰·肖耶提出了微波供电的电磁驱动器设计。事实上它们都违背了动量守恒定律,最后也没有被证明成功可行。

伯恩斯一直在私下里进行他的设计,没有任何NASA的赞助,他承认他的概念设计非常低效。不过他说,有可能收集加速器在热量和辐射中损失的大部分能量。他还提出了保持动量的方法,比如加速离子的自旋。他说:“我知道使用电磁驱动和冷聚变技术可能碰到面临该问题的风险。但是我们必须做好尴尬的准备。毕竟我们很难发明出一种全新的、真正有用的东西。”

NASA工程师设计不需要燃料的发动机,螺旋引擎违反了牛顿运动定律(图8)

本文相关词条概念解析:

伯恩斯

伯恩斯,英文名:YoniBuyens,比利时足球运动员。

引擎

发动机(英文:Engine,motor),是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器,包括如内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器(如:汽油发动机、航空发动机)。发动机最早诞生在英国,所以,发动机的概念也源于英语,它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。人们不断地研制出各种不同类型的发动机,主要可分为:内燃机、外燃机、电动机三类。

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