Wind Pellet Shear Sailing - Dele af systemet til rumfartøjer til at nå 25 % af lyshastigheden

Jeff Greason beskriver, hvordan man kan gå fra 2 % af lyshastigheden ved hjælp af dynamisk solvindsstigning og derefter bruge pellets drevet fra solen til at gå fra 2-6 % af lyshastigheden ved hjælp af eksisterende teknologi på kort sigt. Ved 6 % af lyshastigheden interagerer partiklerne i det interstellare medium med rumfartøjet som hinsides energi på kernefusionsniveau. Den høje intensitetsenergi tages og bruges til at drive fremdrift til at nå 25 % af lyshastigheden. Plasmamagneten, der bruges under solvindens dynamiske svævefase, bruges til at bremse på målstjernen.

Dette er smarte måder at tage relativt kortsigtede teknologier til at nå 25% af lyshastigheden med sonder og muligvis endda bemandede rumfartøjer. Metoderne til at nå 2% af lyshastigheden over 2 år er alt, hvad der er nødvendigt for at rejse i solsystemet og endda ud til gravitationslinsepunkterne, der starter omkring et dusin gange længere end Pluto. Når man går til gravitationslinseområderne, lader et lille teleskop bruge Solen som en linse for at blive 10 milliarder gange kraftigere. Vi kan på forhånd udforske alle solsystemerne inden for 1000-vis af lysår med millioner af rumteleskoper. Vi vælger så at sende egentlige sonder til de bedste solsystemer, som vi allerede er begyndt at udforske med observatorier sendt til udsigtspunkter 3 lysdage omkring Solen.

Det er svært at få den kinetiske energi, der kræves til interstellar flyvning, til en overkommelig pris, og at udnytte eksisterende naturlige energikilder såsom solvinden er attraktivt for at reducere omkostningerne. Der er dog et hul i de offentliggjorte koncepter, idet solvindhastigheder er begrænset til ~700 km/s, mens selv med koncepter som det vinddrevne reaktionsdrev ('q'-drev), hastigheder på ~5% af c skal nås, før de kan tage over. En omkostningseffektiv måde at udfylde dette hul har manglet.

Aerographite puffballs kan frigives nær solen, og de vil accelerere til omkring 5% af lysets hastighed. Aerographite er ultratyndt skum og er 15,000 gange lettere end aluminium.

Formål – Demonstrere en metode, hvorved inerte pellets, accelereret af solvinden, kan bruges til at accelerere et rumfartøj fra solvindhastigheder op til ~5% af c.

Metoder: Klassiske fysikberegninger til støtte for den grundlæggende fysik og gennemførligheden af ​​tilgangen.

Resultater: Når to stofstrømme er i nærheden, men med forskellige hastigheder, eller når de bevæger sig gennem det samme rum, men med forskellige hastigheder og skelnelige egenskaber, kan forskellen i hastigheder eller hastighedsforskydning bruges til at opnå fremdriftsenergi. En strøm af pellets, der bevæger sig gennem det interstellare medium, er et eksempel på et sådant tilfælde. Fremdrift ved hjælp af pellets er en idé, der er udforsket i den kendte teknik, og som kræver højhastigheds pellets; udvindingen af ​​nyttigt arbejde fra forskellen i hastighed mellem pellets og det interstellare medium gør det muligt for et skib at køre over pellets og også trække energi fra passagen gennem det interstellare medium for at opnå fremdriftsenergi, selv når det er hurtigere end pellets, og selv når pellets er sammensat af inert reaktionsmasse. Den grundlæggende fysik af dette diskuteres og præstationsligningerne og diskutere dette i sammenhæng med at bruge relativt langsomme pellets (accelereret af solvind) til at sende et rumfartøj til et væsentligt multiplum over solvindens hastighed. Et andet tilfælde, hvor små makropartikler og en plasmavind har forskellige hastigheder, er det indre solsystem i ekliptikkens plan, hvor solvinden og dyrekredsstøv har forskellige hastighedsfordelinger; dette kan give yderligere anvendelser af samme princip.

Arxiv – Lavpris forløber for en interstellar mission

Solens fotontryk giver en levedygtig kilde til fremdrift for rumfartøjer i solsystemet. Teoretisk set kunne det også muliggøre interstellare missioner, men en ekstrem lille masse pr. tværsnitsareal er påkrævet for at overvinde solens tyngdekraft. Vi identificerer aerografit, et syntetisk kulstofbaseret skum med en densitet på 0.18 kg m−3 (15,000 gange lettere end aluminium) som et alsidigt materiale til højeffektiv fremdrift med sollys. En hul aerografitkugle med en skaltykkelse shl = 1 mm kunne blive interstellær ved underkastelse af solstråling i det interplanetariske rum. Ved opsendelse ved 1 AU fra Solen ankommer en aerografitskal med shl = 0.5 mm til Mars kredsløb i 60 d og til Plutos kredsløb om 4.3 år. Frigivelse af en hul aerografitkugle, hvis skal er 1 µm tyk, ved 0.04 AU (den nærmeste tilgang af Parker Solar Probe) resulterer i en flugthastighed på næsten 6900 km s−1 og 185 års rejse til afstanden til vores nærmeste stjerne, Proxima Centauri. Den infrarøde signatur af et meterstort aerografitsejl kunne observeres med JWST op til 2 AU fra Solen, ud over Mars' kredsløb. En hul aerografitkugle, hvis skal er 100 µm tyk, med en radius på 1 m (5 m) vejer 230 mg (5.7 g) og har en massemargin på 2.2 g (55 g) for at tillade interstellar flugt. Nyttelastmarginen er ti gange rumfartøjets masse, hvorimod nyttelasten på kemiske interstellare raketter typisk er en tusindedel af rakettens vægt. Ved at bruge 1 g (10 g) af denne margin (f.eks. til miniaturekommunikationsteknologi med Jorden), ville den nå Plutos kredsløb 4.7 år (2.8 år) efter interplanetarisk opsendelse ved 1 AU. Forenklet kommunikation ville muliggøre studier af det interplanetariske medium og en søgning efter den formodede Planet Nine og ville tjene som en forløbermission til αCentauri. Vi estimerer prototypeudviklingsomkostninger på 1 million USD, en pris på 1000 USD per sejl og i alt < 10 millioner USD inklusive lancering af et piggyback-koncept med en interplanetarisk mission.

En teknologi udviklet under NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) sponsorering, Plasma Magnet, tilbyder en vej til højaccelerationsmanøvrer i solvinden, herunder hurtige transitter til ydre planeter og til Solar Gravitational Lens.

AIAA Nuclear and Future Flight Propulsion Technical Committee har sponsoreret en konceptuel designundersøgelse af en demonstrationsmission, JOVE. Hvis fløjet, ville JOVE levere den kritiske flydemonstration af denne teknologi. Det soldrevne rumfartøj ville veje cirka 25 kg og ville nå til Jupiter på tre uger og nå forbløffende 300 kilometer i sekundet. Mr. Greason gennemgik de vigtigste designudfordringer, der blev afdækket under det konceptuelle design, gennemgik den nuværende tilstand og diskuterede mulige næste skridt.

Jeff Greason er en iværksætter og innovator med 25 års erfaring i den kommercielle rumindustri. Han er Chief Technologist for Electric Sky, der udvikler langrækkende trådløs strøm til fremdrift og andre formål; og formand for Tau Zero Foundation, der udvikler avancerede fremdriftsteknologier til solsystem og interstellare missioner. Han har været aktiv i udviklingen af ​​kommerciel rumregulering og tjente i præsidentens Augustine-kommission i 2009. Jeff var medstifter af XCOR Aerospace og fungerede som administrerende direktør fra 1999 til begyndelsen af ​​2015. Tidligere var han leder af raketmotorteamet hos Rotary Rocket og en ingeniørchef i udvikling af chipteknologi hos Intel. Han har 28 amerikanske patenter og har for nylig udgivet artikler om nye rumfremdriftskoncepter. Han er også guvernør for National Space Society.