חוקרים מאוניברסיטת אריאל חושפים מנגנונים מבוזרים וקוונטיים להנעה ללא דחף רקטי
בשנים האחרונות צובר תאוצה מחקר פורץ דרך בתחום המנועים היחסותיים (Relativistic Engines) – מערכות הנעה תאורטיות המנצלות את עקרונות תורת היחסות כדי לייצר תנועה ללא צורך בדלק רקטי או דחף מסורתי. את התחום מוביל פרופ' אשר יהלום מהמחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה באוניברסיטת אריאל. במסגרת הכנס הבינלאומי לטכנולוגיות קיימות באוויר ובחלל, שיזמה המחלקה למדעי האוויר והחלל באוניברסיטת קרוניה ההודית הוענק פרס לפרופסור אשר יהלום על פיתוח נושא המנוע היחסותי.
המנועים היחסותיים נשענים על חבורת לורנץ – קבוצת הטרנספורמציות המתארת את סימטריית המרחב-זמן בתורת היחסות הפרטית. למשוואות שהן סימטריות תחת חבורה זו יש פתרונות המתאפיינות בעיכוב יחסותי: שינויים בשדות אלקטרומגנטיים מתפשטים במרחב במהירות סופית (מהירות האור), כך שהשפעתם על מרכיבי המערכת מתעכבת ביחס ישיר למרחק ביניהם. עיכוב זה יוצר חוסר איזון בכוחות הפנימיים, המאפשר למערכת לרכוש תנע מכני נטו – וזאת ללא הפרת חוק שימור האנרגיה או חוק שימור התנע.
במאמרים מוקדמים הודגש כי במערכות מבוזרות (כשחלקיהן מרוחקים זה מזה), החוק השלישי של ניוטון ("כוח פעולה-תגובה") אינו חל במלואו. חוסר איזון זה מאפשר למערכת להאיץ כמערכת אחת. עם זאת, באבות טיפוס מקרוסקופיים נתקלו החוקרים במכשולים בלתי צפויים: פריצות חשמליות עקב צפיפות מטען גבוהה מדי, ומגבלות הולכה במוליכים רגילים – אפילו בעל-מוליכים.
בשנים 2023-2024 עבר המוקד המחקרי למנועים מיקרוסקופיים, המנצלים את צפיפויות המטען והזרם האדירות הקיימות באופן טבעי בחומר ברמת האטום הבודד. כאן, בניגוד למערכות מקרוסקופיות, השדות החשמליים העצומים הנדרשים להנעה אינם מובילים לפריצה חשמלית – תופעה המאפשרת לעקוף את המגבלות המעשיות של הדגמים הקודמים.
שנת 2024 התאפיינה בשלוש התקדמויות עיקריות. ראשית, נערך ניתוח קוונטי של מנועים יחסותיים, מתוך הבנה שבקנה מידה אטומי הפיזיקה הקלאסית אינה מספקת ויש להיעזר בכלים של מכניקת הקוונטים. מחקר זה בחן כיצד ניתוח קוונטי משפיע על הבנת המנוע ותוך לקיחה בחשבון כי במכניקה קוונטית קיימות גישות שונות (למשל גישתו של בוהם לעומת גישתו של אהרנפסט), והראה כי בתנאים מסוימים (ועל פי גישות מסוימות) אפקטים קוונטיים עשויים אף לשפר את היעילות. התקדמות נוספת נרשמה בפיתוח מנועים תלויי זמן, הפועלים בתדרים גבוהים במיוחד – בעיקר בתדרי המיקרוגל. כאן התברר כי שינויי זרם רציפים במחזורים קצרים מאפשרים יצירת תנע משמעותי יותר מאשר במערכות סטטיות. לבסוף הוצג עיצוב חדשני ופשוט יחסית, המבוסס על שילוב של חומרים מגנטיים וקבלים טעונים. עיצוב זה חוסך את הצורך במערכות תיווך מורכבות ומקרב את התחום ליישום ניסיוני בעלויות נמוכות. תלמיד המחקר אלעד דיין עוסק ביישום המערכת בימים אלו.
למרות ההתקדמות, אתגרים גדולים ניצבים בפני החוקרים ברמת האטומית נדרש להנדס חומר עם מולקולות אסימטריות עם מרחקים קטנים מאד של האלקטרונים מהגרעינים. או לחלופין חומרים מוליכים שבהם אלקטרוני ההולכה נמצאים במרחק קטן מהגרעינים.
"החזון הוא מערכות הנעה קומפקטיות ללוויינים, או אפילו מכונית עם יכולת תנועה אנכית שתדלג על הפקקים", מסביר פרופ' אשר יהלום, המוביל את המחקר בתחום זה באוניברסיטת אריאל. "אבל אנחנו עדיין בשלב היסודות – כמו שהיו הטרנזיסטורים הראשונים בשנות ה-50".
המחקר על מנועים יחסותיים, בהובלת פרופ' אשר יהלום מאוניברסיטת אריאל, ממחיש כיצד תובנות מתורת היחסות ומהמכניקה הקוונטית יכולות להצית מהפכות טכנולוגיות. בעוד הדרך ליישומים מסחריים עוד ארוכה, 2024 תיזכר כשנה שבה התחום עבר מהפכה – מתעלומה תיאורטית לתחום הנדסי מבטיח.
עוד בנושא באתר הידען:
4 תגובות
מדוע כל המאמרים בנושא בעיתונים MDPI ולא ב IEEE, ELSEVIER, PHYS REV LETTERS
אולי כדאי להתחיל את הכתבה עם הסבר מה זה מנוע יחסותי
מרתק! כל הכבוד. במידה והמחקר יצליח, זה עשוי להשפיע משמעותית על עלויות שיגור והנעה רקטית. הישר כוח!
מדינת ישראל חיבית להציב מאות מדענים כדי ליצור אנרגיה חלופית בכך תחזיר את מדינות ערב למקומם הטבעי
הנפט העשיר את קטר והיא משתלטת על העולם זה יעד לאומי ממדרגה ראשונה
ישר כוח לפרופסור