วิศวกรนาซาเผยแนวคิด "เครื่องยนต์รูปเกลียว" คาดขับเคลื่อนได้เกือบเท่าความเร็วแสง

  • 16 ตุลาคม 2019
รูปเกลียว Image copyright Getty Images

การเดินทางท่องไปในจักรวาลที่กว้างใหญ่ไพศาลยังคงเป็นเรื่องยากสำหรับมนุษย์ เพราะเทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่สามารถจะสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนยานอวกาศที่มีประสิทธิภาพสูงพอได้ แต่ในรอบทศวรรษที่ผ่านมา มีผู้พยายามเสนอแนวคิดใหม่ ๆ เพื่อประดิษฐ์เครื่องยนต์ท่องอวกาศที่ทรงพลังและมีความเร็วสูงอยู่หลายรายด้วยกัน

ล่าสุด ดร. เดวิด เบิร์นส์ วิศวกรประจำศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์ (MSFC) ขององค์การนาซา ได้เผยถึงแนวคิดการสร้าง "เครื่องยนต์รูปเกลียว" (Helical Engine) ซึ่งเขาอ้างว่าในทางทฤษฎีแล้วจะสามารถเร่งความเร็วได้ถึง 99% ของความเร็วแสง และขับเคลื่อนยานอวกาศได้โดยไม่ต้องขับดันไอพ่นออกมา

แนวคิดของ ดร. เบิร์นส์ ใช้หลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity) ซึ่งระบุว่าวัตถุจะมีมวลเพิ่มขึ้น เมื่อถูกเร่งให้เข้าใกล้ความเร็วแสง

เขาเสนอให้สร้างท่อสุญญากาศรูปเกลียวที่บรรจุไอออนหรืออนุภาคมีประจุไฟฟ้าไว้ภายใน โดยกักเก็บและควบคุมการเคลื่อนที่ของไอออนด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าพลังสูง ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่สำหรับการทดลองทางวิทยาศาสตร์นั่นเอง

เหตุที่ต้องสร้างเครื่องยนต์เป็นท่อรูปเกลียว ก็เพื่อให้ไอออนเคลื่อนที่แบบวนเป็นวงกลม จนสามารถเร่งความเร็วเพิ่มขึ้นได้หลายเท่าที่ปลายท่อข้างหนึ่ง ในขณะที่ความเร็วของไอออนเมื่อกลับสู่ปลายท่อฝั่งตรงข้ามจะช้ากว่ามาก

ความแตกต่างที่เกิดขึ้นนี้จะขับเคลื่อนให้ยานอวกาศแล่นไปข้างหน้าในทิศทางที่ต้องการได้ โดยไม่ต้องมีการขับดันไอพ่นออกมาในทิศทางตรงกันข้ามเหมือนเครื่องยนต์จรวดที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จะไม่ได้รับผลกระทบจากกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมอีกด้วย

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ เครื่องยนต์ EM-drive เป็นแนวคิดที่ไม่ใช้การขับดันไอพ่นรุ่นแรก ก่อนมีผู้เสนอแนวคิดเครื่องยนต์รูปเกลียว

ดร. เบิร์นส์ ระบุในบทความที่เสนอแนวคิดของเขาว่า "เครื่องยนต์จะเร่งให้ไอออนที่อยู่ในท่อรูปเกลียวมีความเร็วสัมพัทธภาพในระดับปานกลางก่อน จากนั้นค่อยเร่งให้มีความเร็วแตกต่างออกไปในแต่ละช่วงของท่อ ซึ่งจะทำให้มวลของไอออนที่ถูกเร่งเปลี่ยนแปลงไปด้วยเล็กน้อย เครื่องยนต์จะบังคับให้ไอออนไหลเวียนไปมาเช่นนี้ จนเกิดแรงขับเคลื่อนขึ้น"

แม้หลักการจะฟังดูน่าทึ่ง แต่ ดร.เบิร์นส์ระบุด้วยว่าการสร้างเครื่องยนต์รูปเกลียวนั้นยังมีข้อจำกัดอยู่มาก เช่นจะต้องทำให้มีขนาดใหญ่โดยท่อสุญญากาศต้องมีความยาวถึง 200 เมตร และต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 12 เมตร

นอกจากนี้ เครื่องยนต์รูปเกลียวยังจะต้องผลิตพลังงานให้ได้ถึง 165 เมกะวัตต์ เพื่อให้เกิดแรงขับเคลื่อนเพียง 1 นิวตัน ซึ่งเท่ากับใช้โรงไฟฟ้าทั้งโรงสร้างแรงผลักเพียงน้อยนิด เหมือนใช้นิ้วกดลงบนแป้นพิมพ์ ดังนั้นหลักการของเครื่องยนต์รูปเกลียวจึงเหมาะที่จะใช้งานในอวกาศซึ่งไร้แรงเสียดทานเท่านั้น

ดร. เบิร์นส์ให้สัมภาษณ์กับนิตยสารนิวไซแอนทิสต์ว่า "เครื่องยนต์รูปเกลียวอาจจะเร่งความเร็วได้ถึง 99% ของความเร็วแสง หากมีเวลาและพลังงานเพียงพอ"

ทั้งนี้ แนวคิดของ ดร. เบิร์นส์ ยังไม่ได้ผ่านการตรวจสอบจากผู้เชี่ยวชาญ และอาจมีข้อผิดพลาดในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้ แต่แนวคิดของเขาก็ได้รับความสนใจจากผู้คนจำนวนมาก โดยสามารถเข้าไปอ่านรายละเอียดในบทความของเขาได้ที่เว็บไซต์ NASA Technical Reports Server (NTRS)

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม