Окружить объект непроницаемым барьером, блокирующим негативное воздействие и предотвращающим нанесение урона, - мечта любого военнослужащего.
Впервые концепцию силового поля, защищающего объект (звездолёт), обосновал в 1931 году американский фантаст Эдвард Элмер Смит в написанной им первой американской космоопере «Космические гончие».
"Spacehounds of IPC" («Космические гончие»)
Помимо силовых полей, Эдвард Элмер предсказал ионный двигатель в качестве движителя для космических кораблей.
С тех пор силовые поля стали чуть ли не обязательным атрибутом любого фантастического произведения. А мы сегодня воспринимаем подобные силовые поля как технологию будущего, которая обязательно должна появиться, а то ведь как же мы будем летать на космических кораблях без щитов…
Силовые поля Триподов. «Война миров» Стивена Спилберга. 2005 год.
Но современная наука смотрит на силовые поля с ироничной улыбкой и скепсисом...
Разумеется, мы не можем создать силовое поле, которое будет блокировать наносимый нам урон, однако уже сегодня мы развиваем технологию, с помощью которой сможем создать концептуально схожие по своим свойствам силовые поля, как в научной фантастике.
В качестве примера возьмём силовые поля, защищающие космические корабли из научно-фантастических сериалов. Например, силовые поля из вселенной "Звёздного пути", или "Звездных Врат".
Силовое поле корабля "Энтерпрайз-D" (Сериал "Звёздный путь"). (1 из 2).
Неприятель атакует звездолёт "Энтерпрайз", однако не наносит ему урона, так как у корабля «подняты щиты» - энергетический барьер, блокирующий урон.
В месте нанесения урона щиты светятся, блокируя энергию оружия своей энергией, пропорционально уменьшая общую энергетическую ёмкость силового поля звездолёта "Энтерпрайз". Поэтому после каждого выстрела по силовому полю оно слабеет: 100%, 94%, 88%, 72% и т.д. Если никакого воздействия на силовое поле не оказывается, оно остаётся прозрачным и невидимым.
Как оказалось, высокоэнергетическая плазма в нашем мире ведёт себя схожим образом. В термоядерной энергетике на установках ТОКАМАК плазма в сотни миллионов градусов является прозрачной и невидимой.
Чем прозрачнее плазма, тем лучше её характеристики.
Плазма в ТОКАМАКе
Однако, как только в плазму попадает стороннее загрязнение, она начинает светиться в том самом вместе загрязнения, затрачивая дополнительную энергию. В конце концов, большое количество загрязнений приводит к остыванию плазмы. Аналогом этого эффекта в фантастике будет пробитие силового поля.
Срыв пламы в ТОКАМАКе вследствие загрязнения
Дальше - больше: звездолёт "Энтерпрайз", активируя щиты, затрачивает энергию только в момент их активации. Далее щиты как бы сами себя поддерживают, требуя минимального количества энергии в отсутствие воздействия урона на них.
Самоподдерживающаяся плазма в ТОКАМАКАх ведёт себя схожим образом.
Открытие подобных условий для плазмы было огромным бонусом от природы, и просто подарком учёным, ведь это сделало освоение управляемого термоядерного синтеза более реальным.
Так, в ТОКАМАКАх при определённых условиях в плазме начинает протекать самоподдерживающийся замкнутый электрический ток.
Природа этого явления до сих про не обоснована. Но факт остаётся фактом. В конечном итоге, плазменный шар разрушается под воздействием загрязнений, однако в момент образования подобного самоподдерживающегося состояния плазмы потребность в энергии сильно падает.
Теперь нужно подумать, как из плазмы создать силовое поле…
В 1995 году американский физик Эдди Гершкович из Брукхейвенской национальной лаборатории изобрёл «плазменное окно».
Плазменное окно (1 из 2).
Плазменное окно представляет собой метод удержания плазмы в заданных объёме и форме. Эдди Гершкович использовал плазменное окно для изоляции изделий от внешней воздушной атмосферы. Подобный метод используется в электронной сварке, где область сварки изолируется плазменным окном, создавая вакуум для более качественной электронной сварки изделий. То есть плазменное окно создаёт плоский барьер, через который не проникают воздушные массы, изолируя тем самым вакуум от нормального атмосферного давления на Земле.
Чем не силовое поле из научной фантастики, экранирующее отсек для шаттлов в звездолёте от вакуума космоса?
Плазме можно придавать любую требуемую форму, воздействуя электромагнитным полем, вдоль силовых линий которого она и будет двигаться. Так, например, и формируется плоское плазменное окно, или плазменный тор в ТОКАМАКе.
В 2010 году NASA был разработан проект космического трамвая - "StarTram". Проект предлагает вывод на орбиту капсулы, либо БПЛА с помощью вакуумной трубы, в качестве активного затвора разделяющий вакуум космоса и атмосферу нашей планеты будет выступать плазменное окно. Аппарат беспрепятственно будет проходить через пламенное окно, словно через силовое поле в фантастике, которое разделяет вакуум космоса от жилых отсеков.
Теперь мы можем себе представить гипотетическое плазменное силовое поле, природа которого основана на последних научных открытиях в области физики плазмы.
Мощный генератор электромагнитного поля формирует электромагнитный пузырь вокруг корабля с замкнутыми силовыми линиями. Плазменный генератор генерирует высокоэнергетическую плазму температурой сотни миллионов градусов, которая начинает двигаться вдоль силовых линий электромагнитного поля. Формируются нужные условия для возникновения самоподдерживающейся плазмы, и плазменное образование начинает потреблять минимальное количество энергии. В условиях открытого космоса плазменное силовое поле невидимо. При попадании в него, например, микрометеорита, мы сразу увидим яркое свечение плазмы в области воздействия микрометеорита на плазменный щит.
Чем выше температура плазмы, тем она более упругая для проникающего в неё физического тела. Например, микрометеорит, может просто отскочить от подобного плазменного щита, либо быть полностью разрушенным под воздействием сверхвысоких температур. В обоих случаях плазма потратит энергию, отражая удар микрометеорита. Эту энергию нужно будет восполнить, ибо в обратном случае общий энергетический коэффициент плазменного щита будет уменьшен (аналог истощения энергии силового поля в фантастике).
Таран корабля успешно нейтрализован силовым полем. (Сериал "Звёздные врата").
И тут есть прямая зависимость: чем больше энергии несёт в себе плазма, тем более сильное защитное поле она формирует.
Для примера, ёмкость энергетических щитов звездолёта "Энтерпрайз-Д" – 2,7 Эксаджоулей. Такое количество энергии потребляет всё человечество за 40 часов.
Думаю, плазменный щит с энергией 2,7 ЭДж будет не менее эффективен, чем выдуманные силовые поля.
Конечно, до создания плазменного силового поля мы ещё очень далеки. Нужно очень много узнать о природе плазмы и методах управления ею. Мы же ещё даже управляемый термоядерный синтез толком не освоили. Так что такие же плазменные щиты, как в фантастике, в ближайшие 50-100 лет не появятся.
Однако прецедент уже есть: в 2015 году компания "Boeing" запатентовала технологию создания плазменного щита для военной техники, что позволяет существенно снизить воздействие ударной волны на технику. Принцип создания плазменного щита заключается в фокусировке лазеров в направлении предполагаемой ударной волны. Лазерами создаются плазменные каналы, по которым идёт мощный электрический разряд. На очень короткий промежуток времени создаётся «плазменное облако», отклоняющее ударную волну в разные стороны.
Схема работы плазменного щита по версии компании "Boeing".
Сегодня силовое поле – энергетический барьер, защищающий от внешних угроз, - не такая уж фантастическая идея, какой она была 30 лет назад.
Кочетов Алексей
Источник: https://zen.yandex.ru/media/dbk/vozmojno-li-sozdat-silovoe-pole-kak-v-fantasticheskih-filmah-takie-tehnologii-uje-razrabatyvaiutsia-5fb12efa70f5da1bdaf411c7
