Student World

/Předcházející text pojednává o výtahu na oběžnou dráhu – na toto téma toho již vyšla celá řada článků, proto zde nyní raději představíme technologie v jistém ohledu konkurenční…/

Další novátorskou metodou, jak udělit předmětu rychlost blízkou ryc8hlosti světla, je použití „praku“. Když NASA vysílá sondy k vnějším planetám, nechá je někdy prosmýknout kolem blízké planety, při čemž sonda prakovým efektem zvýší svou rychlost. NASA tak ušetří drahocenné raketové palivo.

Tímto způsobem byla družice Voyager schopna dosáhnout Neptunu, jenž leží blízko samé hranice Sluneční soustavy. Se zajímavou myšlenkou přišel princetonský fyzik Freeman Dyson: Ve vzdálené budoucnosti bychom mohli objevit dvě neutronové hvězdy obíhající velikou rychlostí kolem sebe navzájem. Kdybychom se k jedné z nich přiblížili na velmi krátkou vzdálenost a prosmýkli se kolem ní, budeme následně vyvrženi do prostoru rychlostí blížící se třetině rychlosti světla.

Vlastně bychom využili gravitace, která by nás „postrčila“ natolik, až bychom téměř dosáhli rychlosti světla. Teoreticky by to mohlo fungovat.

Objevily se i návrhy, abychom se k dosažení rychlosti blízké rychlosti světla takto prosmýkli kolem našeho vlastního Slunce. Tato metoda byla použita ve filmu Star Trek IV: Cesta domů, kde posádka lodi Enterprise unese klingonskou loď a pak spěchá do blízkosti Slunce, aby prolomila světelnou bariéru a pospíšila si domů. Když Zemi ve filmu When Worlds Collide (Když se srazí světy) hrozí srážka s asteroidem, prchnou z ní vědci pomocí gigantického toboganu. Raketová loď se spustí na tobogan, získá vysokou rychlost, projede spodkem toboganu a vystřelí do kosmu.

Ve skutečnosti ovšem žádnou z těchto metod použití gravitace k urychlení cesty do vesmíru nelze použít. (Vzhledem k zákonu o zachování energie platí, že když se spustíme dolů po toboganu a vyjedeme zpátky nahoru, dosáhneme stejné rychlosti, s jakou jsme startovali, což znamená, že vůbec žádnou energii nezískáme. Podobně když prolétneme kolem Slunce stojícího na místě, získáme stejnou rychlost, jako byla ta, kterou jsme měli na počátku.)

Důvodem, proč by mohla fungovat Dysonova metoda použití dvou neutronových hvězd, je, že tyto hvězdy rotují velmi rychle. Loď využívající prakového efektu získává energii z pohybu planety nebo hvězdy. Kdyby se ony nepohybovaly, žádného prakového efektu nedosáhneme.

Dysonův návrh by mohl přinést úspěch. To ovšem není dnešním pozemským vědcům nic platné, protože bychom se museli nejdřív se svou vesmírnou lodí dostat k rotujícím neutronovým hvězdám.

… 

Další vynalézavou metodou, jak vymrštit předměty do vesmíru fantastickou rychlostí, je kolejnicové elektromagnetické dělo. Arthur C. Clarke a další je použili ve svých vědeckofantastických příbězích, a vážně se o nich uvažovalo také jako o součásti protiraketového štítu v rámci programu Hvězdné války.

Místo aby se střela velkou rychlostí vypustila s pomocí raketového paliva nebo střelného prachu, používá kolejnicové dělo elektromagnetické síly. Ve své nejjednodušší podobě se kolejnicové dělo skládá ze dvou rovnoběžných drátů nebo kolejnic, mezi něž je umístěna střela. Dokonce již Michael Faraday věděl, že na elektrický proud umístěný do magnetického pole působí síla. (To je vlastně základem všech elektromotorů.) Vyšleme-li do soustavy miliony ampérů elektrického proudu, vytvoří se kolem kolejnic obrovské magnetické pole. To pak urychlí střelu podél kolejí na obrovské rychlosti.

Kolejnicová děla již vysokou rychlostí úspěšně vystřelila kovové předměty na malé vzdálenosti. Je pozoruhodné, že jednoduché kolejnicové dělo by teoreticky mělo být schopno vystřelit kovovou střelu rychlostí 29 000 km//hod, takže by se dostala na oběžnou dráhu kolem Země. Těmito děly, která by vynášela užitečnou zátěž ze Země na oběžné dráhy, by v podstatě bylo možné nahradit celou raketovou flotilu NASA. Kolejnicové dělo má před chemickými raketami a děly významné výhody. V dělu je konečná rychlost, s níž rozpínající se plyn vytlačuje střelu, omezena rychlostí postupu rázové vlny. Jules Verne ve svém slavném příběhu Ze Země na Měsíc použil k dopravení astronautů na Měsíc střelného prachu, lze však vypočítat, že krajní rychlost dosažitelná pomocí střelného prachu je pouhým zlomkem potřebné rychlosti. Kolejnicová děla však nejsou limitována rychlostí rázových vln.

Ovšem i s kolejnicovými děly jsou potíže. Urychlují předměty tak mocně, že je náraz na vzduch obvykle rozdrtí. Užitečná zátěž se při opuštění hlavně kolejnicového děla silně zdeformuje, protože náraz střely na vzduch je stejně intenzívní jako náraz do zdi. K její deformaci navíc stačí již obrovské urychlení podél kolejí. Koleje je také třeba pravidelně obnovovat, protože je střela poškozuje, a setrvačná síla by byla tak silná, že by usmrtila astronauta, protože by mu snadno polámala všechny kosti v těle.

Jedním z návrhů je umístit takové dělo na Měsíc. Daleko od zemské atmosféry by střela z kolejnicového děla mohla bez potíží letět vzduchoprázdnem. Ovšem užitečnou zátěž by mohla poškodit již obrovská zrychlení vznikající v samotném dělu. V určitém smyslu jsou kolejnicová děla opakem laserových plachet, které dosahují své konečné rychlosti postupně po dlouhou dobu. Slabinou kolejnicových děl je, že vzniká tolik energie na tak malém prostoru.

Kolejnicová děla schopná vystřelovat objekty k blízkým hvězdám by byla velmi drahá. Jedním z návrhů je postavit kolejnicové dělo v kosmickém prostoru. Zařízení, které by mělo délku dvou třetin vzdálenosti Země od Slunce, by shromažďovalo sluneční energii, kterou by pak v jediném okamžiku všechnu zavedlo do děla a vypustilo desetitunový náklad rychlostí rovnou jedné třetině rychlosti světla s urychlením 5000 g. Není divu, že takové obrovské zrychlení by byl schopen přečkat jen nejhouževnatější náklad.

Tento text je úryvkem z knihy: Michio Kaku: Fyzika nemožného, Argo a Dokořán 2010

O knize na stránkách vydavatele

autor