قایقرانی برشی گلوله باد - بخش هایی از سیستم برای رسیدن فضاپیماها به 25 درصد سرعت نور

جف گریسون توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان از 2 درصد سرعت نور با استفاده از بادهای خورشیدی اوج گرفتن دینامیک و سپس با استفاده از گلوله‌های پیشرانه شده از خورشید به 2 تا 6 درصد سرعت نور با استفاده از فناوری نزدیک‌مدت موجود، رفت. در 6 درصد سرعت نور، ذرات در محیط بین ستاره ای مانند فراتر از انرژی سطح همجوشی هسته ای، با فضاپیما تعامل دارند. انرژی با شدت بالا گرفته می شود و برای تامین نیروی محرکه استفاده می شود تا به 25 درصد سرعت نور برسد. آهنربای پلاسمایی مورد استفاده در فاز اوج گیری دینامیکی باد خورشیدی برای ترمز در ستاره هدف استفاده می شود.

اینها راه‌های هوشمندانه‌ای برای استفاده از فناوری‌های نسبتاً کوتاه مدت برای رسیدن به ۲۵ درصد سرعت نور با کاوشگرها و احتمالاً فضاپیماهای سرنشین‌دار هستند. روش‌هایی برای رسیدن به 25 درصد از سرعت نور در طی 2 سال تمام چیزی است که برای سفر در منظومه شمسی و حتی رسیدن به نقاط عدسی گرانشی که حدود 2 بار دورتر از پلوتون شروع می‌شوند، مورد نیاز است. رفتن به مناطق عدسی گرانشی به یک تلسکوپ کوچک اجازه می دهد تا از خورشید به عنوان عدسی استفاده کند تا 10 میلیارد بار قدرتمندتر شود. ما می‌توانیم با میلیون‌ها تلسکوپ فضایی تمام منظومه‌های خورشیدی را در ۱۰۰۰ ثانیه سال نوری پیش‌کاوش کنیم. سپس انتخاب می‌کنیم که کاوشگرهای واقعی را به بهترین منظومه‌های خورشیدی بفرستیم که قبلاً با رصدخانه‌هایی که به نقاط مشاهده ۳ روز نوری در اطراف خورشید فرستاده شده‌اند، کاوش را آغاز کرده‌ایم.

به دست آوردن انرژی جنبشی مورد نیاز برای پرواز بین ستاره ای با قیمت مقرون به صرفه دشوار است و بهره برداری از منابع طبیعی انرژی موجود مانند باد خورشیدی برای کاهش هزینه ها جذاب است. با این حال، یک شکاف در مفاهیم منتشر شده وجود دارد، به این صورت که سرعت باد خورشیدی به ~700 کیلومتر بر ثانیه محدود می شود، در حالی که حتی با مفاهیمی مانند محرک واکنش با نیروی باد ('q'-drive)، سرعت های ~5٪ قبل از اینکه آنها بتوانند مسئولیت را به دست گیرند، باید به c رسید. یک راه مقرون به صرفه برای پر کردن این شکاف وجود نداشت.

گلوله های پفکی آئروگرافیت را می توان در نزدیکی خورشید رها کرد و تا حدود 5 درصد سرعت نور شتاب خواهند گرفت. آئروگرافیت فوم بسیار نازکی است و 15,000 برابر سبک تر از آلومینیوم است.

هدف - نشان دادن روشی که به وسیله آن گلوله های بی اثر، که توسط باد خورشیدی شتاب می گیرند، می توانند برای شتاب بخشیدن به فضاپیما از سرعت باد خورشیدی تا 5% c استفاده شوند.

روش‌ها: محاسبات فیزیک کلاسیک برای پشتیبانی از فیزیک پایه و امکان‌سنجی رویکرد.

نتایج: هنگامی که دو جریان ماده در مجاورت یکدیگر اما با سرعت های متفاوت هستند، یا زمانی که در یک فضا حرکت می کنند، اما با سرعت ها و خواص قابل تشخیص متفاوت، می توان از تفاوت سرعت ها یا برش سرعت برای به دست آوردن انرژی پیشرانه استفاده کرد. جریانی از گلوله‌ها که در محیط بین ستاره‌ای حرکت می‌کنند نمونه‌ای از چنین موردی است. رانش توسط گلوله ها ایده ای است که در هنر قبلی مورد بررسی قرار گرفته و به گلوله های با سرعت بالا نیاز دارد. استخراج کار مفید از تفاوت سرعت بین گلوله ها و محیط بین ستاره ای به کشتی اجازه می دهد تا از روی گلوله ها عبور کند و همچنین انرژی را از عبور از محیط بین ستاره ای برای به دست آوردن انرژی پیشرانه حتی در زمانی که سریعتر از گلوله ها و حتی زمانی که گلوله ها هستند، به دست آورد. از جرم واکنش بی اثر تشکیل شده اند. فیزیک اساسی این مورد و معادلات عملکرد مورد بحث قرار می گیرد و در مورد استفاده از گلوله های نسبتا کند (که توسط باد خورشیدی شتاب می گیرند)، برای ارسال یک فضاپیما به یک مضرب قابل توجهی از سرعت باد خورشیدی بحث می شود. مورد دیگری که در آن ذرات درشت کوچک و باد پلاسما با سرعت های متفاوتی هستند، منظومه شمسی درونی در صفحه دایره البروج است، جایی که باد خورشیدی و گرد و غبار زودیاک دارای توزیع سرعت متفاوتی هستند. این ممکن است کاربردهای بیشتری از همان اصل ارائه دهد.

Arxiv - پیش ساز کم هزینه یک ماموریت بین ستاره ای

فشار فوتون خورشیدی منبع رانش مناسبی برای فضاپیماها در منظومه شمسی فراهم می کند. از نظر تئوری می‌تواند مأموریت‌های بین‌ستاره‌ای را نیز فعال کند، اما جرم بسیار کمی در هر سطح مقطع برای غلبه بر گرانش خورشیدی مورد نیاز است. ما آئروگرافیت، یک فوم بر پایه کربن مصنوعی با چگالی 0.18 کیلوگرم در متر مکعب (3 برابر سبک‌تر از آلومینیوم) را به عنوان یک ماده همه کاره برای پیشرانه بسیار کارآمد با نور خورشید شناسایی می‌کنیم. یک کره آئروگرافیت توخالی با ضخامت پوسته shl = 15,000 میلی متر می تواند با قرار گرفتن در برابر تشعشعات خورشیدی در فضای بین سیاره ای بین ستاره ای حرکت کند. پس از پرتاب در 1 AU از خورشید، یک پوسته آئروگرافیت با shl = 1 میلی متر در 0.5 روز به مدار مریخ و در 60 سال به مدار پلوتون می رسد. انتشار یک کره توخالی آئروگرافیت، که پوسته آن 4.3 میکرومتر ضخامت دارد، در 1 واحد نجومی (نزدیک‌ترین رویکرد کاوشگر خورشیدی پارکر) منجر به سرعت فرار نزدیک به 0.04 کیلومتر بر ثانیه و 6900 سال سفر به نزدیک‌ترین فاصله ما می‌شود. ستاره، پروکسیما قنطورس. امضای مادون قرمز یک بادبان آئروگرافیت به اندازه یک متر را می توان با JWST تا فاصله 1 واحد نجومی از خورشید، فراتر از مدار مریخ مشاهده کرد. یک کره توخالی آئروگرافیت، که پوسته آن 185 میکرومتر ضخامت دارد، به شعاع 2 متر (100 متر) 1 میلی گرم (5 گرم) وزن دارد و دارای حاشیه جرمی 230 گرم (5.7 گرم) است تا امکان فرار بین ستاره ای را فراهم کند. حاشیه بار ده برابر جرم فضاپیما است، در حالی که محموله موشک های بین ستاره ای شیمیایی معمولاً یک هزارم وزن موشک است. با استفاده از 2.2 گرم (55 گرم) از این حاشیه (به عنوان مثال، برای فناوری ارتباط مینیاتوری با زمین)، پس از پرتاب بین سیاره ای در 1 AU به مدار پلوتون 10 سال (4.7 سال) می رسد. ارتباط ساده می‌تواند مطالعات محیط بین سیاره‌ای و جستجوی سیاره مشکوک نه را امکان‌پذیر کند و به عنوان یک مأموریت پیشرو برای αCentauri عمل کند. ما هزینه‌های توسعه نمونه اولیه را 2.8 میلیون دلار، قیمت 1 دلار برای هر بادبان، و در مجموع کمتر از 1 میلیون دلار شامل پرتاب برای یک طرح مفهومی Piggyback با یک مأموریت بین سیاره‌ای برآورد می‌کنیم.

فناوری توسعه یافته تحت حمایت موسسه مفاهیم پیشرفته ناسا (NIAC)، مگنت پلاسما، مسیری را برای مانورهای با شتاب بالا در باد خورشیدی، از جمله گذر سریع به سیارات بیرونی و عدسی گرانشی خورشیدی، ارائه می‌کند.

کمیته فنی پیشرانه پروازی و هسته‌ای AIAA از یک مطالعه طراحی مفهومی یک مأموریت نمایشی، JOVE حمایت مالی کرده است. در صورت پرواز، JOVE نمایش پرواز حیاتی این فناوری را ارائه خواهد کرد. این فضاپیما با انرژی خورشیدی تقریباً 25 کیلوگرم وزن خواهد داشت و در عرض سه هفته با سرعت خیره کننده 300 کیلومتر در ثانیه به مشتری می رسد. آقای گریسون چالش‌های کلیدی طراحی را که در طول طراحی مفهومی کشف شد، مرور کرد، وضعیت فعلی را بررسی کرد و مراحل بعدی احتمالی را مورد بحث قرار داد.

جف گریسون یک کارآفرین و مبتکر با 25 سال تجربه در صنعت فضای تجاری است. او فن‌شناس ارشد الکتریک اسکای است که قدرت بی‌سیم دوربرد را برای پیشرانه و اهداف دیگر توسعه می‌دهد. و رئیس بنیاد تاو زیرو، در حال توسعه فناوری های پیشرانه پیشرفته برای منظومه شمسی و ماموریت های بین ستاره ای. او در توسعه مقررات فضای تجاری فعال بوده است و در کمیسیون آگوستین ریاست جمهوری در سال 2009 خدمت کرده است. جف یکی از بنیانگذاران XCOR Aerospace بود و از سال 1999 تا اوایل سال 2015 به عنوان مدیر عامل شرکت داشت. قبلاً او سرپرست تیم موتور موشک در Rotary Rocket و مدیر مهندسی در توسعه فناوری تراشه در اینتل. او دارای 28 حق ثبت اختراع در ایالات متحده است و اخیراً مقالاتی در مورد مفاهیم جدید رانش فضایی منتشر کرده است. او همچنین فرماندار انجمن ملی فضایی است.