Ιστιοπλοΐα διάτμησης πέλλετ ανέμου- Μέρη του συστήματος για τα διαστημόπλοια να φτάσουν το 25% της ταχύτητας φωτός

Ο Jeff Greason περιγράφει πώς να μεταβείτε από το 2% της ταχύτητας φωτός χρησιμοποιώντας δυναμικό ηλιακό άνεμο στα ύψη και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας πέλλετ που προωθούνται από τον ήλιο στο 2-6% της ταχύτητας φωτός χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα βραχυπρόθεσμη τεχνολογία. Στο 6% της ταχύτητας φωτός τα σωματίδια στο διαστρικό μέσο αλληλεπιδρούν με το διαστημόπλοιο σαν ενέργεια πέρα ​​από την πυρηνική σύντηξη. Η ενέργεια υψηλής έντασης λαμβάνεται και χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία της πρόωσης ώστε να φτάσει το 25% της ταχύτητας φωτός. Ο μαγνήτης πλάσματος που χρησιμοποιείται κατά τη φάση δυναμικής εκτίναξης του ηλιακού ανέμου χρησιμοποιείται για να φρενάρει στο αστέρι-στόχο.

Αυτοί είναι έξυπνοι τρόποι για να χρησιμοποιήσετε σχετικά βραχυπρόθεσμες τεχνολογίες για να φτάσετε στο 25% της ταχύτητας φωτός με ανιχνευτές και πιθανώς ακόμη και επανδρωμένα διαστημόπλοια. Οι μέθοδοι για να φτάσετε στο 2% της ταχύτητας φωτός σε διάστημα 2 ετών είναι το μόνο που χρειάζεται για ταξίδια εντός του ηλιακού συστήματος και ομοιόμορφη εξισορρόπηση στα σημεία του βαρυτικού φακού που ξεκινούν περίπου δώδεκα φορές πιο μακριά από τον Πλούτωνα. Πηγαίνοντας στις περιοχές των βαρυτικών φακών αφήστε ένα μικρό τηλεσκόπιο να χρησιμοποιήσει τον Ήλιο ως φακό για να γίνει 10 δισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρό. Μπορούμε να προ-εξερευνήσουμε όλα τα ηλιακά συστήματα μέσα σε 1000s έτη φωτός με εκατομμύρια διαστημικά τηλεσκόπια. Στη συνέχεια, επιλέγουμε να στείλουμε πραγματικούς ανιχνευτές στα καλύτερα ηλιακά συστήματα, τα οποία θα έχουμε ήδη ξεκινήσει να εξερευνούμε με παρατηρητήρια που αποστέλλονται σε σημεία θέασης 3 ημέρες φωτός γύρω από τον Ήλιο.

Η απόκτηση της κινητικής ενέργειας που απαιτείται για τη διαστρική πτήση οικονομικά είναι δύσκολη και η αξιοποίηση των υπαρχουσών φυσικών πηγών ενέργειας όπως ο ηλιακός άνεμος είναι ελκυστική για τη μείωση του κόστους. Ωστόσο, υπάρχει ένα κενό στις δημοσιευμένες έννοιες, καθώς οι ταχύτητες του ηλιακού ανέμου περιορίζονται στα ~700 km/s, ενώ ακόμη και με έννοιες όπως η κίνηση αντίδρασης με αιολική ενέργεια ('q'-drive), ταχύτητες ~5% του γ πρέπει να επιτευχθεί για να μπορέσουν να αναλάβουν. Έλειπε ένας οικονομικός τρόπος για να καλυφθεί αυτό το κενό.

Οι φυσαλίδες αερογραφίτη μπορούν να απελευθερωθούν κοντά στον ήλιο και θα επιταχύνουν περίπου στο 5% της ταχύτητας του φωτός. Το Aerographite είναι εξαιρετικά λεπτό αφρό και είναι 15,000 φορές ελαφρύτερο από το αλουμίνιο.

Στόχος – Επίδειξη μιας μεθόδου με την οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν αδρανή σφαιρίδια, που επιταχύνονται από τον ηλιακό άνεμο, για να επιταχύνουν ένα διαστημόπλοιο από ταχύτητες ηλιακού ανέμου έως και ~5% του c.

Μέθοδοι: Υπολογισμοί κλασικής φυσικής για την υποστήριξη της βασικής φυσικής και της σκοπιμότητας της προσέγγισης.

Αποτελέσματα: Όταν δύο ρεύματα ύλης βρίσκονται σε γειτνίαση αλλά με διαφορετικές ταχύτητες, ή όταν κινούνται στον ίδιο χώρο αλλά με διαφορετικές ταχύτητες και διακριτές ιδιότητες, η διαφορά στις ταχύτητες ή η διάτμηση ταχύτητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση προωθητικής ενέργειας. Ένα ρεύμα σφαιριδίων που κινείται μέσω του διαστρικού μέσου είναι ένα παράδειγμα τέτοιας περίπτωσης. Η πρόωση με πέλλετ είναι μια ιδέα που διερευνήθηκε στην προηγούμενη τέχνη και απαιτεί πέλλετ υψηλής ταχύτητας. η εξαγωγή χρήσιμου έργου από τη διαφορά ταχύτητας μεταξύ των σφαιριδίων και του διαστρικού μέσου επιτρέπει σε ένα πλοίο να τρέχει πάνω από τα σφαιρίδια και επίσης να αντλεί ενέργεια από τη διέλευση μέσω του διαστρικού μέσου για να αποκτά προωθητική ενέργεια ακόμη και όταν είναι ταχύτερα από τα πέλλετ και ακόμη και όταν τα πέλλετ αποτελούνται από αδρανή μάζα αντίδρασης. Η βασική φυσική αυτού συζητείται και οι εξισώσεις απόδοσης και το συζητάμε στο πλαίσιο της χρήσης σχετικά αργών σφαιριδίων (που επιταχύνονται από τον ηλιακό άνεμο), για να στείλουν ένα διαστημόπλοιο σε ένα σημαντικό πολλαπλάσιο της ταχύτητας του ηλιακού ανέμου. Μια άλλη περίπτωση όπου τα μικρά μακροσωματίδια και ο άνεμος πλάσματος έχουν διαφορετικές ταχύτητες είναι το εσωτερικό ηλιακό σύστημα στο επίπεδο της εκλειπτικής, όπου ο ηλιακός άνεμος και η ζωδιακή σκόνη έχουν διαφορετική κατανομή ταχύτητας. αυτό μπορεί να προσφέρει περαιτέρω εφαρμογές της ίδιας αρχής.

Arxiv – Χαμηλού κόστους πρόδρομος μιας διαστρικής αποστολής

Η πίεση του ηλιακού φωτονίου παρέχει μια βιώσιμη πηγή ώθησης για διαστημόπλοια στο ηλιακό σύστημα. Θεωρητικά θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει διαστρικές αποστολές, αλλά απαιτείται μια εξαιρετικά μικρή μάζα ανά περιοχή διατομής για να ξεπεραστεί η ηλιακή βαρύτητα. Εντοπίζουμε τον αερογραφίτη, έναν συνθετικό αφρό με βάση τον άνθρακα με πυκνότητα 0.18 kg m−3 (15,000 φορές πιο ελαφρύ από το αλουμίνιο) ως ένα ευέλικτο υλικό για εξαιρετικά αποτελεσματική πρόωση με το φως του ήλιου. Μια κοίλη σφαίρα αερογραφίτη με πάχος κελύφους shl = 1 mm θα μπορούσε να μεταφερθεί διαστρικά όταν υποβληθεί στην ηλιακή ακτινοβολία στο διαπλανητικό διάστημα. Κατά την εκτόξευση σε 1 AU από τον Ήλιο, ένα κέλυφος αερογραφίτη με shl = 0.5 mm φτάνει στην τροχιά του Άρη σε 60 ημέρες και στην τροχιά του Πλούτωνα σε 4.3 χρόνια. Η απελευθέρωση μιας κοίλης σφαίρας αερογραφίτη, της οποίας το κέλυφος έχει πάχος 1 μm, στις 0.04 AU (η πλησιέστερη προσέγγιση του ηλιακού ανιχνευτή Parker) έχει ως αποτέλεσμα μια ταχύτητα διαφυγής σχεδόν 6900 km s−1 και 185 χρόνια ταξιδιού στην απόσταση του πλησιέστερου αστέρι, Proxima Centauri. Η υπέρυθρη υπογραφή ενός πανιού αερογραφίτη μεγέθους ενός μέτρου μπορούσε να παρατηρηθεί με JWST έως και 2 AU από τον Ήλιο, πέρα ​​από την τροχιά του Άρη. Μια κούφια σφαίρα αερογραφίτη, της οποίας το κέλυφος έχει πάχος 100 µm, ακτίνας 1 m (5 m) ζυγίζει 230 mg (5.7 g) και έχει περιθώριο μάζας 2.2 g (55 g) για να επιτρέπει τη διαστρική διαφυγή. Το περιθώριο ωφέλιμου φορτίου είναι δέκα φορές τη μάζα του διαστημικού σκάφους, ενώ το ωφέλιμο φορτίο στους χημικούς διαστρικούς πυραύλους είναι συνήθως το ένα χιλιοστό του βάρους του πυραύλου. Χρησιμοποιώντας 1 g (10 g) αυτού του περιθωρίου (π.χ. για μικροσκοπική τεχνολογία επικοινωνίας με τη Γη), θα έφτανε στην τροχιά του Πλούτωνα 4.7 χρόνια (2.8 χρόνια) μετά από διαπλανητική εκτόξευση σε 1 AU. Η απλοϊκή επικοινωνία θα επέτρεπε τη μελέτη του διαπλανητικού μέσου και την αναζήτηση του ύποπτου Πλανήτη Εννέα και θα χρησίμευε ως πρόδρομη αποστολή στον αΚενταύριο. Υπολογίζουμε το κόστος ανάπτυξης πρωτοτύπων σε 1 εκατομμύριο USD, τιμή 1000 USD ανά πανί και συνολικά < 10 εκατομμύρια USD συμπεριλαμβανομένης της εκτόξευσης για μια ιδέα piggyback με διαπλανητική αποστολή.

Μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε υπό τη χορηγία της NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), ο Μαγνήτης Πλάσματος, προσφέρει μια διαδρομή για ελιγμούς υψηλής επιτάχυνσης στον ηλιακό άνεμο, συμπεριλαμβανομένων γρήγορων διελεύσεων σε εξωτερικούς πλανήτες και στον Ηλιακό Βαρυτικό Φακό.

Η AIAA Nuclear and Future Flight Propulsion Technical Committee έχει χρηματοδοτήσει μια εννοιολογική μελέτη σχεδιασμού μιας αποστολής επίδειξης, JOVE. Εάν πετάξει, το JOVE θα παρείχε την κρίσιμη επίδειξη πτήσης αυτής της τεχνολογίας. Το διαστημόπλοιο με ηλιακή ενέργεια θα ζύγιζε περίπου 25 κιλά και θα έφτανε στον Δία σε τρεις εβδομάδες φτάνοντας τα εκπληκτικά 300 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Ο κ. Greason εξέτασε τις βασικές προκλήσεις σχεδιασμού που αποκαλύφθηκαν κατά τη διάρκεια του εννοιολογικού σχεδιασμού, ανασκόπησε την τρέχουσα κατάσταση και συζήτησε πιθανά επόμενα βήματα.

Ο Jeff Greason είναι επιχειρηματίας και καινοτόμος με 25 χρόνια εμπειρίας στην εμπορική διαστημική βιομηχανία. Είναι ο επικεφαλής τεχνολόγος της Electric Sky, που αναπτύσσει ασύρματη ισχύ μεγάλης εμβέλειας για πρόωση και άλλους σκοπούς. και Πρόεδρος του Ιδρύματος Tau Zero, που αναπτύσσει προηγμένες τεχνολογίες πρόωσης για ηλιακό σύστημα και διαστρικές αποστολές. Έχει δραστηριοποιηθεί στην ανάπτυξη της ρύθμισης του εμπορικού διαστήματος και υπηρέτησε στην Προεδρική Επιτροπή Augustine το 2009. Ο Jeff ήταν συνιδρυτής της XCOR Aerospace και διετέλεσε Διευθύνων Σύμβουλος από το 1999 έως τις αρχές του 2015. Προηγουμένως, ήταν ο επικεφαλής της ομάδας πυραύλων στο Rotary Rocket και διευθυντής μηχανικής στην ανάπτυξη τεχνολογίας chip στην Intel. Κατέχει 28 διπλώματα ευρεσιτεχνίας στις ΗΠΑ και πρόσφατα έχει δημοσιεύσει εργασίες για νέες ιδέες διαστημικής πρόωσης. Είναι επίσης Κυβερνήτης της Εθνικής Διαστημικής Εταιρείας.