يوجد عدد من المفاهيم لاستغلال الرياح الشمسية كوسيلة للدفع: MagSail ، والشراع الإلكتروني ، ومغناطيس البلازما. تعمل كل هذه المفاهيم في الغالب كأجهزة سحب وبالتالي تقتصر على سرعات مساوية للرياح الشمسية (حوالي 700 كم / ثانية) ، مع قدرة محدودة فقط على توليد قوة عرضية للاتجاه المحلي للرياح الشمسية (أي الرفع). هناك إمكانية مثيرة للاهتمام يجب استكشافها وهي الارتفاع الديناميكي: استغلال الاختلاف في سرعة الرياح في منطقتين مختلفتين من الفضاء. ومن المعروف أن طيور القطرس والطائرات الشراعية تستخدم هذه التقنية ، حيث تدور داخل وخارج مناطق قص الرياح. اقترح بيرش (JBIS ، 1989) إمكانية استخدام مثل هذه التقنية عبر "MHD Wing" لتطبيقات السفر بين النجوم ، لكنه لم يستكشف المفهوم أكثر.
مركبة فضائية بهوائي موجي بلازما اتجاهي يضفي زخمًا على الوسط الكوكبي المحلي أو بين النجوم ، ويولد قوة على الهوائي (الرفع). يتم إجراء مناورات متكررة للارتفاع الديناميكي لاستخراج الطاقة واكتساب مضاعفات سرعة الرياح الشمسية لتحقيق سرعات تصل إلى عشر مرات أعلى من السرعة القصوى للرياح الشمسية وتصل إلى حوالي 2٪ من سرعة الضوء.
سيتطلب تطوير مفهوم التفاعل مع الرياح الشمسية كوسيلة للدفع التحقق التجريبي من الصحة على مراحل ، سيكون أولها إثبات مقاومة كبيرة ضد الرياح الشمسية باستخدام هيكل مغناطيسي للدفع. يبدو أن مغناطيس البلازما هو الأعلى أداءً من حيث تسارع مفاهيم السحب التي تمت مراجعتها في المقدمة ، لذلك يبدو أن عرض تقنية مغناطيس البلازما هو الخطوة المنطقية التالية. اقترحت دراسة حديثة مفهومًا صغيرًا لمظاهرة مكعبات 16U يسمى Jupiter Observing Velocity Experiment (JOVE) والذي يمكنه عبور مدار كوكب المشتري بعد 6 أشهر فقط من إطلاقه من الأرض. تطبيق آخر لتقنية مغناطيس البلازما للرياح سيكون عرضًا للوصول السريع إلى مسافة عدسة الجاذبية الشمسية (SGL) (> 550AU). أظهرت الدراسة ، المسماة Wind Rider Pathfinder Mission ، أنه يمكن الوصول إلى منطقة SGL في أقل من 7 سنوات من الإطلاق باستخدام هذه التقنية. ستوفر هذه المهام الرائدة التحقق من إمكانية استخراج طاقة دافعة ذات مغزى من الرياح الشمسية ، مما يوفر أساسًا لمفهوم أكثر تقدمًا لاستخراج الطاقة الكهربائية من الرياح لتوليد الرفع.
إرسال التلسكوبات إلى عدسة الجاذبية الشمسية من شأنه أن يعزز قدرات التصور للتلسكوب مليارات المرات لأنه سينظر إلى الضوء الذي يركز عليه ما يقرب من مليون ميل من الشمس. تلسكوب عدسة الجاذبية الشمسية. في الأطوال الموجية الضوئية أو شبه البصرية ، يكون تضخيم الضوء في حدود 200 مليار مرة وبدقة زاوية مثيرة للإعجاب بنفس القدر. إذا تمكنا من الوصول إلى هذه المنطقة بدءًا من 550 AU من الشمس ، فيمكننا إجراء تصوير مباشر للكواكب الخارجية. تعتبر مهمة التصوير تحديًا ولكنها ممكنة ، وذلك باستخدام تقنيات متاحة بالفعل أو قيد التطوير النشط. في ظل ظروف واقعية ، يتطلب التصوير بالميغابيكسل للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض في جوار المجرة أسابيع أو شهورًا فقط من وقت التكامل ، وليس سنوات كما كان يُعتقد سابقًا.
كان الفريق يحقق في إرسال تلسكوبات يبلغ طولها مترًا واحدًا إلى أبعد من بلوتو بحوالي عشرين مرة لاستخدام جاذبية الشمس في ثني الضوء. يبلغ طول الشمس 865000 ميلاً ، أي 109 مرات أعرض من الأرض. تتيح لك الجاذبية الاستفادة من الشمس كمجمع ضوئي عملاق. يمكننا الابتعاد عن الأرض بثلاثة أيام ضوئية وتصوير الكواكب في أنظمة شمسية أخرى. سيكون الأمر كما لو أننا أرسلنا مسبارًا إلى النظام الشمسي الآخر.
إذا نجحت هذه الطريقة ، فيمكننا استكشاف أنظمة شمسية أخرى في ثلاثينيات القرن الحالي.
يعتمد هذا النهج على مفهوم محرك الدفع الذي يتم تشغيله بواسطة ضغط ديناميكي خارجي [ما يسمى بمحرك q (Greason ، 2019)] ، ومع ذلك ، في المفهوم الحالي ، لا يتم استخدام كتلة رد فعل على متن الطائرة. باستخدام توليد الطاقة الخارجية لتسريع المادة المتاحة في الرياح الشمسية بشكل عمودي على التدفق فوق السيارة ، يتم إنشاء قوة الرفع أكبر في الحجم من السحب الناتج عن عملية استخراج الطاقة. والنتيجة هي نوع من الأجنحة المولدة للرفع ، ولكن بدون هيكل مادي. في القسم 2 ، تم تطوير مبادئ تشغيل آلية توليد الرفع بالتفصيل. في القسم 3 ، تم تطوير مفاهيم المهمة المحتملة باستخدام مناطق قص الرياح العالية المتوفرة في النظام الشمسي ، أي السطح البيني بين الرياح الشمسية السريعة (القطبية) والبطيئة (الاستوائية) وصدمة النهاية حيث تعود الرياح الشمسية من سرعة فوق صوتية إلى تدفق دون سرعة الصوت ، للوصول إلى سرعات 2٪ من ج.
توفر العديد من الهياكل في النظام الشمسي تدرجات رياح كبيرة بما يكفي لمناورات الارتفاع الديناميكي لاستخراج الطاقة. وتشمل هذه الهياكل على سبيل المثال لا الحصر: صدمة النهاية ، وغطاء الشمس ، والرياح الشمسية البطيئة والسريعة ، وحدود الغلاف المغناطيسي للكواكب. بينما تتباين كثافة هذه الهياكل ، أظهر تحليل أجهزة السحب مثل مغناطيس البلازما أن امتداد الغلاف المغناطيسي المتولد صناعياً حول السيارة يتوسع بشكل طبيعي مع انخفاض الكثافة المحيطة. على وجه التحديد ، سيتوسع الهيكل المغناطيسي حول المركبة الفضائية حتى يتطابق الضغط المغناطيسي مع الضغط الديناميكي للرياح الشمسية. هذا التأثير يجعل أجهزة مثل مغناطيس البلازما تسحب بشكل ثابت تقريبًا أثناء تحركها للخارج من الشمس. لأغراض التحليل في هذه الورقة ، اعتمدنا قيمًا ثابتة للسحب ، وبما أن قوة الرفع المتولدة مستمدة من حركة جهاز السحب عبر البلازما ، فإن قيم الرفع الثابتة أيضًا.
تُحدث مركبة (أو طائر) تصادمًا مرنًا عند دخولها تيار الهواء المتحرك عبر مناورة بنكية منخفضة السحب. مع دخول السيارة مرة أخرى إلى الهواء الهادئ ، اكتسبت ضعف سرعة تيار الرياح. وبحلول ذلك الوقت ، يمكن للمركبة أن تدخل تيار الرياح مرة أخرى وتزيد سرعتها مرة أخرى ، وتكرر المناورة مرارًا وتكرارًا حتى تتعارض خسائر السحب مع مكاسب السرعة ويتم تحقيق أقصى سرعة. في الآونة الأخيرة ، حقق عشاق الطائرات الشراعية التي تعمل بالتحكم عن بعد سرعات ملحوظة تتجاوز 850 كم / ساعة - ما يقرب من 10 أضعاف سرعة الرياح - من خلال استخدام هذه التقنية مع الطائرات الشراعية التي لا تحتوي على دفع على متنها
يمكن للمركبة الفضائية أن تتفاعل مع تدفقات الغاز المتأين في الفضاء (الرياح الشمسية أو الوسط النجمي) من أجل تسريعها إلى سرعات أكبر من سرعة التدفق. مستوحاة من مناورات الارتفاع الديناميكي التي تقوم بها الطيور البحرية والطائرات الشراعية والتي يتم فيها استغلال الاختلافات في سرعة الرياح لاكتساب السرعة ، في التقنية المقترحة ، توجد دوائر مركبة فضائية تولد الرفع بين مناطق الغلاف الشمسي التي لها سرعات رياح مختلفة ، مما يؤدي إلى اكتساب الطاقة في هذه العملية دون استخدام الوقود الدافع ومتطلبات طاقة متواضعة على متن الطائرة فقط.
في أبسط تحليل ، يمكن نمذجة حركة المركبة الفضائية كسلسلة من الاصطدامات المرنة بين مناطق من الوسط تتحرك بسرعات مختلفة. تم تطوير نماذج أكثر تفصيلاً لمسار المركبة الفضائية للتنبؤ بمكاسب السرعة المحتملة والسرعة القصوى التي يمكن تحقيقها من حيث نسبة الرفع إلى السحب للمركبة. تم اقتراح آلية لتوليد الرفع يتم فيها استخراج الطاقة من التدفق فوق المركبة في اتجاه الطيران ثم استخدامها لتسريع الوسط المحيط في الاتجاه العرضي ، مما يؤدي إلى توليد قوة الرفع (أي قوة عمودية على التدفق). يظهر أن القيم الكبيرة لنسبة الرفع إلى السحب ممكنة في الحالة التي يتم فيها نقل سرعة عرضية صغيرة على مساحة كبيرة من التفاعل. تمنع الحاجة إلى مساحة تفاعل كبيرة في الكثافة المنخفضة للغاية للغلاف الشمسي استخدام الجناح المادي ، ولكن استخدام موجات البلازما الناتجة عن هوائي اتجاهي مضغوط لإضفاء الزخم على الوسط المحيط أمر ممكن ، مع إثارة تظهر الموجات R ، والموجات السينية ، وموجات ألفين ، والموجات المغناطيسية على أنها مرشحة واعدة. يتم تحديد المهمة المفاهيمية التي يتم فيها تنفيذ الارتفاع الديناميكي على صدمة إنهاء الغلاف الشمسي ، مما يتيح للمركبة الفضائية الوصول إلى سرعات تقترب من 2 ٪ من c في غضون عامين ونصف من الإطلاق دون إنفاق الوقود الدافع. قد تشتمل هذه التقنية على المرحلة الأولى لمهمة متعددة المراحل لتحقيق رحلة حقيقية بين النجوم إلى أنظمة شمسية أخرى.
الأشرعة الشمسية هي المثال الأول لتقنية الدفع التي تستخدم الفوتونات المتاحة مجانًا المنبعثة من الشمس ، ولكن حتى أكثر الإبحار الشمسي تطرفاً - يتم إطلاقه من بالقرب من الشمس باستخدام المواد ذات درجة الحرارة الأعلى مع أقل كثافة مساحية (على سبيل المثال ، الخطوط الجوية) - ستكون قادرة فقط على تحقيق 2٪ من ج (Heller et al.، 2020) ؛ الأشرعة الشمسية التقليدية محدودة بأقل من 0.5٪ من ج (Davoyan et al.، 2021). في الآونة الأخيرة ، قام Lingam و Loeb (Lingam and Loeb ، 2020) بفحص الأجسام الفيزيائية الفلكية (على سبيل المثال ، النجوم الضخمة والمستعرات الأعظمية ، وما إلى ذلك) التي من شأنها أن تسمح لشراع الضوء المدفوع بالإشعاع بتحقيق سرعات تبلغ 10٪ من c أو أكثر ، ولكن هذا لا يزال يترك مشكلة كيف يمكن للتكنولوجيا البشرية الناشئة من النظام الشمسي أن تحقق الطيران بين النجوم.
بريان وانج هو رائد الفكر المستقبلي ومدون علمي شهير لديه مليون قارئ شهريًا. صنفت مدونته Nextbigfuture.com على المرتبة الأولى في مدونة أخبار العلوم. ويغطي العديد من التقنيات والاتجاهات التخريبية بما في ذلك الفضاء ، والروبوتات ، والذكاء الاصطناعي ، والطب ، والتكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة ، وتكنولوجيا النانو.
معروف بتحديد أحدث التقنيات ، وهو حاليًا أحد مؤسسي شركة ناشئة وجمع التبرعات لشركات المرحلة المبكرة ذات الإمكانات العالية. وهو رئيس قسم الأبحاث للتخصيصات للاستثمارات التكنولوجية العميقة ومستثمر ملاك في Space Angels.
متحدث متكرر في الشركات ، كان متحدثًا في TEDx ومتحدثًا بجامعة Singularity وضيفًا في العديد من المقابلات للإذاعة والبودكاست. إنه منفتح على التحدث أمام الجمهور وتقديم المشورة.
