الإبحار ذو الحبيبات الهوائية - أجزاء من نظام المركبة الفضائية تصل إلى 25٪ من سرعة الضوء

يصف جيف جريسون كيفية الانتقال من 2% من سرعة الضوء باستخدام الرياح الشمسية الديناميكية ثم استخدام الكريات المدفوعة من الشمس للانتقال من 2-6% من سرعة الضوء باستخدام التكنولوجيا الحالية على المدى القريب. عند 6% من سرعة الضوء، تتفاعل الجسيمات الموجودة في الوسط البينجمي مع المركبة الفضائية بما يتجاوز طاقة مستوى الاندماج النووي. يتم أخذ الطاقة عالية الكثافة واستخدامها لتشغيل الدفع للوصول إلى 25٪ من سرعة الضوء. يتم استخدام مغناطيس البلازما المستخدم أثناء مرحلة الارتفاع الديناميكي للرياح الشمسية لإيقاف النجم المستهدف.

هذه طرق ذكية لاستخدام تقنيات قريبة المدى نسبيًا للوصول إلى 25% من سرعة الضوء باستخدام المجسات وربما حتى المركبات الفضائية المأهولة. إن الطرق للوصول إلى 2% من سرعة الضوء على مدار عامين هي كل ما نحتاجه للسفر داخل النظام الشمسي وحتى الوصول إلى نقاط عدسة الجاذبية بدءًا من مسافة أبعد بحوالي اثنتي عشرة مرة من بلوتو. وبالذهاب إلى مناطق عدسة الجاذبية، دع تلسكوبًا صغيرًا يستخدم الشمس كعدسة ليصبح أقوى بـ 2 مليارات مرة. يمكننا استكشاف جميع الأنظمة الشمسية مسبقًا في نطاق آلاف السنين الضوئية باستخدام ملايين التلسكوبات الفضائية. نختار بعد ذلك إرسال مجسات فعلية إلى أفضل الأنظمة الشمسية والتي سنكون قد بدأنا بالفعل في استكشافها من خلال المراصد المرسلة إلى نقاط المشاهدة على بعد 10 أيام ضوئية حول الشمس.

إن الحصول على الطاقة الحركية اللازمة للطيران بين النجوم بتكلفة معقولة أمر صعب، كما أن الاستفادة من مصادر الطاقة الطبيعية الموجودة مثل الرياح الشمسية أمر جذاب لتقليل التكاليف. ومع ذلك، توجد فجوة في المفاهيم المنشورة، حيث أن سرعات الرياح الشمسية تقتصر على ~ 700 كم / ثانية، بينما حتى مع مفاهيم مثل محرك رد الفعل الذي يعمل بقوة الرياح ('q'-drive)، فإن سرعات الرياح الشمسية تصل إلى ~ 5٪ من يجب الوصول إلى c قبل أن يتمكنوا من تولي المسؤولية. ولا توجد طريقة فعالة من حيث التكلفة لسد هذه الفجوة.

يمكن إطلاق كرات الأيروجرافيت المنتفخة بالقرب من الشمس، وسوف تتسارع إلى حوالي 5% من سرعة الضوء. الأيروجرافيت عبارة عن رغوة رقيقة جدًا وأخف وزنًا بمقدار 15,000 مرة من الألومنيوم.

الهدف - عرض طريقة يمكن من خلالها استخدام الكريات الخاملة، التي تسارعها الرياح الشمسية، لتسريع مركبة فضائية من سرعات الرياح الشمسية التي تصل إلى 5% تقريبًا من c.

الطرق: حسابات الفيزياء الكلاسيكية لدعم الفيزياء الأساسية وجدوى هذا النهج.

النتائج: عندما يكون هناك تياران من المادة قريبان ولكن بسرعات مختلفة، أو عندما يتحركان عبر نفس الفضاء ولكن بسرعات مختلفة وخصائص مميزة، يمكن استخدام الفرق في السرعات، أو سرعة القص، للحصول على طاقة دافعة. يعد تدفق الكريات التي تتحرك عبر الوسط البينجمي مثالاً على مثل هذه الحالة. يعد الدفع بالكريات فكرة تم استكشافها في التقنية السابقة وتتطلب كريات عالية السرعة؛ إن استخلاص عمل مفيد من الفرق في السرعة بين الكريات والوسط بين النجوم يسمح للسفينة التي تسير فوق الكريات وكذلك سحب الطاقة من المرور عبر الوسط بين النجوم بالحصول على طاقة دافعة حتى عندما تكون أسرع من الكريات وحتى عندما تكون الكريات تتكون من كتلة رد فعل خاملة. تمت مناقشة الفيزياء الأساسية لذلك ومعادلات الأداء ومناقشة ذلك في سياق استخدام الكريات البطيئة نسبيًا (التي تسارعها الرياح الشمسية)، لإرسال مركبة فضائية إلى مضاعفات كبيرة فوق سرعة الرياح الشمسية. هناك حالة أخرى حيث تكون الجسيمات الكبيرة الصغيرة ورياح البلازما بسرعات مختلفة وهي النظام الشمسي الداخلي في مستوى مسير الشمس، حيث يكون للرياح الشمسية والغبار البروجي توزيعات سرعة مختلفة؛ قد يقدم هذا تطبيقات أخرى لنفس المبدأ.

Arxiv – مقدمة منخفضة التكلفة لمهمة بين النجوم

يوفر ضغط الفوتون الشمسي مصدرًا صالحًا للدفع للمركبات الفضائية في النظام الشمسي. من الناحية النظرية، يمكنها أيضًا تمكين البعثات بين النجوم، ولكن هناك حاجة إلى كتلة صغيرة جدًا لكل مساحة مقطع عرضي للتغلب على الجاذبية الشمسية. لقد حددنا الأيروجرافيت، وهو عبارة عن رغوة اصطناعية قائمة على الكربون بكثافة تبلغ 0.18 كجم م 3 (خفيفة الوزن أكثر بـ 15,000 مرة من الألومنيوم)، باعتبارها مادة متعددة الاستخدامات للدفع عالي الكفاءة مع ضوء الشمس. يمكن لكرة أيروجرافيت مجوفة بسمك قشرة (shl = 1 مم) أن تنتقل بين النجوم عند تعرضها للإشعاع الشمسي في الفضاء بين الكواكب. عند الإطلاق على مسافة 1 وحدة فلكية من الشمس، تصل قذيفة أيروجرافيت يبلغ قطرها 0.5 ملم إلى مدار المريخ خلال 60 يومًا وإلى مدار بلوتو خلال 4.3 سنوات. يؤدي إطلاق كرة مجوفة من الأيروجرافيت، يبلغ سمك غلافها 1 ميكرومتر، عند 0.04 وحدة فلكية (أقرب اقتراب لمسبار باركر الشمسي) إلى سرعة هروب تبلغ حوالي 6900 كيلومتر في الثانية و1 عامًا من السفر إلى مسافة أقرب مسافة لنا. النجم بروكسيما سنتوري. يمكن ملاحظة توقيع الأشعة تحت الحمراء لشراع أيروجرافيت بحجم متر باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي على مسافة تصل إلى 185 وحدة فلكية من الشمس، خارج مدار المريخ. كرة مجوفة من الأيروجرافيت، تبلغ سماكة غلافها 2 ميكرومتر، ونصف قطرها 100 متر (1 أمتار)، وتزن 5 مجم (230 جم) ولها هامش كتلة 5.7 جم (2.2 جم) للسماح بالهروب بين النجوم. يبلغ هامش الحمولة عشرة أضعاف كتلة المركبة الفضائية، في حين أن الحمولة على الصواريخ الكيميائية بين النجوم تبلغ عادةً جزءًا من الألف من وزن الصاروخ. باستخدام 55 جم (1 جم) من هذا الهامش (على سبيل المثال، لتكنولوجيا الاتصالات المصغرة مع الأرض)، سيصل إلى مدار بلوتو 10 سنة (4.7 سنة) بعد الإطلاق بين الكواكب عند 2.8 وحدة فلكية. سيمكن التواصل المبسط من إجراء دراسات حول الوسط بين الكواكب والبحث عن الكوكب التاسع المشتبه به، وسيكون بمثابة مهمة تمهيدية لـ αCentauri. نحن نقدر تكاليف تطوير النموذج الأولي بمليون دولار أمريكي، وسعر 1 دولار أمريكي لكل شراع، وإجمالي أقل من 1 ملايين دولار أمريكي بما في ذلك إطلاق مفهوم على الظهر في مهمة بين الكواكب.

توفر التكنولوجيا التي تم تطويرها تحت رعاية معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC)، وهي مغناطيس البلازما، طريقًا لمناورات عالية التسارع في الرياح الشمسية، بما في ذلك العبور السريع إلى الكواكب الخارجية وعدسة الجاذبية الشمسية.

قامت اللجنة الفنية للدفع الجوي والمستقبلي التابعة لـ AIAA برعاية دراسة التصميم المفاهيمي للمهمة التوضيحية، JOVE. إذا تم الطيران، فإن JOVE سيوفر عرضًا توضيحيًا مهمًا لهذه التكنولوجيا. ستزن المركبة الفضائية التي تعمل بالطاقة الشمسية حوالي 25 كيلوجرامًا وستصل إلى كوكب المشتري في ثلاثة أسابيع لتصل إلى سرعة مذهلة تبلغ 300 كيلومتر في الثانية. استعرض السيد جريسون تحديات التصميم الرئيسية التي تم الكشف عنها أثناء التصميم المفاهيمي، واستعرض الوضع الحالي، وناقش الخطوات التالية المحتملة.

جيف جريسون هو رجل أعمال ومبتكر يتمتع بخبرة 25 عامًا في صناعة الفضاء التجارية. وهو كبير تقنيي شركة Electric Sky، حيث يقوم بتطوير طاقة لاسلكية طويلة المدى للدفع وأغراض أخرى؛ ورئيس مؤسسة تاو زيرو، لتطوير تقنيات الدفع المتقدمة للنظام الشمسي والبعثات بين النجوم. لقد كان نشطًا في تطوير تنظيم الفضاء التجاري وعمل في لجنة أوغسطين الرئاسية في عام 2009. وكان جيف أحد مؤسسي شركة XCOR Aerospace وشغل منصب الرئيس التنفيذي من عام 1999 إلى أوائل عام 2015. وفي السابق، كان يشغل منصب قائد فريق محرك الصواريخ في شركة XCOR Aerospace. Rotary Rocket ومدير هندسي في تطوير تكنولوجيا الرقائق في شركة Intel. وهو يحمل 28 براءة اختراع أمريكية، وقد نشر مؤخرًا أوراقًا بحثية حول مفاهيم جديدة للدفع الفضائي. وهو أيضًا حاكم جمعية الفضاء الوطنية.