Aurinkotuulen hyödyntämiseen käyttövoimana on useita konsepteja: MagSail, e-purje ja plasmamagneetti. Kaikki nämä käsitteet toimivat pääasiassa vetolaitteina ja rajoittuvat siten aurinkotuulen nopeuksiin (~700 km/s), ja niillä on vain rajoitettu kyky tuottaa voimaa poikittain aurinkotuulen paikalliseen suuntaan (eli nosto). Mielenkiintoinen mahdollisuus tutkittavaksi on dynaaminen kohoaminen: tuulen nopeuden eron hyödyntäminen kahdella eri avaruuden alueella. Albatrossien ja purjelentokoneiden tiedetään käyttävän tätä tekniikkaa, kiertäen tuulen leikkausalueilla ja niiden ulkopuolella. Birch (JBIS, 1989) ehdotti, että tällaista tekniikkaa voitaisiin käyttää "MHD-siiven" kautta tähtienvälisissä matkasovelluksissa, mutta ei tutkinut konseptia tarkemmin.
Avaruusalus, jossa on suunnattu plasma-aaltoantenni, joka antaa vauhtia paikalliselle planeettojenväliselle tai tähtienväliselle välineelle ja synnyttää voiman antenniin (nosto). Toistuvat dynaamiset kohoamisliikkeet tehdään energian ottamiseksi ja aurinkotuulen nopeuden moninkertaiseksi saavuttamiseksi, jotta saavutetaan jopa kymmenen kertaa aurinkotuulen enimmäisnopeutta suurempi nopeus ja saavutetaan noin 2 % valon nopeudesta.
Aurinkotuulen kanssa vuorovaikutuksen konseptin kehittäminen propulsiovälineenä edellyttää kokeellista validointia vaiheittain, joista ensimmäinen olisi merkittävän vastuksen osoittaminen aurinkotuulta vastaan käyttämällä magneettista propulsiorakennetta. Plasmamagneetti näyttää olevan tehokkain, mitä tulee johdannossa käsiteltyjen vetokonseptien kiihtyvyyteen, joten plasmamagneettiteknologian esittely näyttäisi olevan seuraava looginen askel. Äskettäisessä tutkimuksessa on ehdotettu pientä, 16 U:n kuutiota esittelykonseptia, nimeltään Jupiter Observing Velocity Experiment (JOVE), joka voisi kulkea Jupiterin kiertoradalla vain 6 kuukautta Maasta laukaisun jälkeen. Toinen tuulta kulkevan plasmamagneettiteknologian sovellus olisi osoitus nopeasta pääsystä auringon gravitaatiolinssin (SGL) etäisyyteen (>550AU). Wind Rider Pathfinder Mission -niminen tutkimus on osoittanut, että SGL-alueelle voidaan päästä alle 7 vuodessa julkaisusta tällä tekniikalla. Nämä uraauurtavat tehtävät antaisivat vahvistuksen sille, että aurinkotuulesta voidaan saada mielekästä propulsiovoimaa, mikä muodostaisi perustan edistyneemmälle konseptille sähkövoiman tuottamiseksi tuulesta hissien tuotantoa varten.
Teleskooppien lähettäminen auringon painovoimalinssiin tehostaisi kaukoputken visualisointikykyä miljardeja kertoja, koska se katsoisi valoa, jonka fokusoi lähes miljoona mailia leveä aurinko. aurinkopainovoimalinssiteleskooppi. Optisilla tai lähes optisilla aallonpituuksilla valon vahvistus on luokkaa 200 miljardia kertaa ja yhtä vaikuttavalla kulmaresoluutiolla. Jos pääsemme tälle alueelle alkaen 550 AU:n etäisyydellä Auringosta, voimme kuvata eksoplaneettoja suoraan. Kuvaustehtävä on haastava, mutta toteutettavissa joko jo saatavilla olevilla tai aktiivisesti kehitteillä olevilla teknologioilla. Realistisissa olosuhteissa maan kaltaisten eksoplaneettojen megapikselikuvantaminen galaktisella naapurustollamme vaatii vain viikkoja tai kuukausia integraatioaikaa, ei vuosia, kuten aiemmin luultiin.
Tiimi on tutkinut yhden metrin kaukoputkien lähettämistä noin kaksikymmentä kertaa Plutoa pidemmälle käyttääkseen auringon taivutusvalon painovoimaa. Auringon pituus on 865000 109 mailia, mikä on 3 kertaa maapalloa leveämpi. Painovoiman avulla voit hyödyntää aurinkoa jättimäisenä valonkerääjänä. Voimme mennä XNUMX valopäivän päähän Maasta ja kuvata planeettoja muissa aurinkokunnissa. Se olisi kuin olisimme lähettäneet luotain toiseen aurinkokuntaan.
Jos tämä menetelmä toimii, voimme tutkia muita aurinkojärjestelmiä 2030-luvulla.
Tämä lähestymistapa perustuu konseptiin propulsiokäytöstä, joka saa voimansa ulkoisesta dynaamisesta paineesta [ns. q-drive (Greason, 2019)], mutta nykyisessä konseptissa ei käytetä sisäistä reaktiomassaa. Käyttämällä ulkoista sähköntuotantoa aurinkotuulessa saatavilla olevan aineen nopeuttamiseen kohtisuorassa ajoneuvon yli kulkevaan virtaukseen nähden, syntyy nostovoimaa, joka on suuruudeltaan suurempi kuin tehonpoistoprosessin tuottama vastus. Tuloksena on eräänlainen nostoa tuottava siipi, mutta ilman fyysistä rakennetta. Luvussa 2 on kuvattu yksityiskohtaisesti tämän hissin synnyttävän mekanismin toimintaperiaatteet. Osassa 3 kehitetään mahdollisia tehtäväkonsepteja hyödyntäen aurinkokunnassa käytettävissä olevia korkean tuulen leikkauksen alueita, nimittäin nopean (polaarisen) ja hitaan (ekvatoriaalisen) aurinkotuulen välistä rajapintaa ja loppushokkia, jossa aurinkotuuli palaa yliäänen voimakkaasta tuulesta aliäänivirtaus saavuttaakseen nopeudet ≈2 % c.
Useat aurinkokunnan rakenteet tarjoavat riittävän suuria tuulen gradientteja dynaamisiin nousuihin energian saamiseksi. Tällaisia rakenteita ovat muun muassa: terminaatioshokki, heliopaussi, hidas ja nopea aurinkotuuli ja planetaarisen magnetosfäärin raja. Vaikka näiden rakenteiden tiheys vaihtelee, vetolaitteiden, kuten plasmamagneetin, analyysi on osoittanut, että keinotekoisesti muodostetun magnetosfäärin laajuus ajoneuvon ympärillä laajenee luonnollisesti ympäröivän tiheyden pienentyessä. Tarkemmin sanottuna avaruusaluksen ympärillä oleva magneettinen rakenne laajenee, kunnes magneettinen paine vastaa aurinkotuulen dynaamista painetta. Tämä vaikutus tekee laitteista, kuten plasmamagneeteista, lähes tasaisen vastuksen, kun ne liikkuvat ulospäin auringosta. Tämän artikkelin analyysiä varten olemme omaksuneet vastuksen vakioarvot, ja koska syntyvä nostovoima on peräisin vetolaitteen liikkeestä plasman läpi, myös nostovoiman vakioarvot.
Ajoneuvo (tai lintu) suorittaa elastisen törmäyksen joutuessaan liikkuvaan ilmavirtaan matalavastuksella. Kun ajoneuvo palaa hiljaiseen ilmaan, se on noussut tuulivirtaan kaksinkertaiseksi. Sen jälkeen laskeutuessaan hiljaiseen ilmaan ajoneuvo voi palata tuulivirtaan ja lisätä nopeuttaan uudelleen ja toistaa liikettä yhä uudelleen, kunnes ilmanvastushäviöt vastustavat nopeuden nousua ja maksiminopeus saavutetaan. Äskettäin kauko-ohjattavat purjelentokonet-harrastajat ovat saavuttaneet merkittäviä nopeuksia, jotka ylittävät 850 km/h – noin 10 kertaa tuulen nopeuden – käyttämällä tätä tekniikkaa purjelentokoneissa, joissa ei ole propulsiovoimaa.
Avaruusalus voi olla vuorovaikutuksessa ionisoituneen kaasun virtausten kanssa avaruudessa (aurinkotuuli tai tähtienvälinen väliaine), jotta se kiihtyy virtausnopeutta suurempiin nopeuksiin. Inspiroituneena merilintujen ja purjelentokoneiden suorittamista dynaamisista nousevista liikkeistä, joissa tuulen nopeuden eroja hyödynnetään nopeuden lisäämiseksi, ehdotetussa tekniikassa hissiä synnyttävä avaruusalus kiertää heliosfäärin alueiden välillä, joilla on erilaiset tuulen nopeudet ja saa samalla energiaa. ilman ponneaineen käyttöä ja vain vaatimattomat aluksen tehovaatimukset.
Yksinkertaisimmassa analyysissä avaruusaluksen liike voidaan mallintaa sarjana elastisia törmäyksiä väliaineen eri nopeuksilla liikkuvien alueiden välillä. Avaruusaluksen liikeradan yksityiskohtaisempia malleja kehitetään ennustamaan mahdollisia nopeuden lisäyksiä ja maksiminopeutta, joka voidaan saavuttaa ajoneuvon nosto-vastussuhteella. On ehdotettu nostomekanismia, jossa teho otetaan virtauksesta ajoneuvon yli lentosuunnassa ja käytetään sitten ympäröivän väliaineen kiihdyttämiseen poikittaissuunnassa, mikä synnyttää nostovoimaa (eli virtaukseen nähden kohtisuoraa voimaa). Suuret nosto-vastus-suhteen arvot on osoitettu olevan mahdollisia tapauksessa, jossa pieni poikittaisnopeus välitetään suurella vuorovaikutusalueella. Vaatimus suuresta vuorovaikutusalueesta heliosfäärin äärimmäisen pienessä tiheydessä estää fyysisen siiven käytön, mutta kompaktin suunta-antennin tuottamien plasmaaaltojen käyttö liikevoiman välittämiseksi ympäröivään väliaineeseen on mahdollista, kun antennin heräte on mahdollista. R-aallot, X-aallot, Alfven-aallot ja magnetosonic-aallot esiintyvät lupaavina ehdokkaina. Käsitteellinen tehtävä määritellään, jossa dynaaminen kohoaminen suoritetaan heliosfäärin päätyiskussa, jolloin avaruusalus saavuttaa nopeuden, joka on lähellä 2 % c:stä kahden ja puolen vuoden kuluessa laukaisusta ilman ponneainekuluja. Tekniikka voi käsittää ensimmäisen vaiheen monivaiheiselle tehtävälle, jolla saavutetaan todellinen tähtienvälinen lento muihin aurinkokunnissa.
Aurinkopurjeet ovat ensimmäinen esimerkki propulsioteknologiasta, jossa hyödynnetään vapaasti saatavilla olevia Auringosta lähteviä fotoneja, mutta jopa äärimmäisin aurinkopurjehdus – joka laukeaa Auringon läheltä käyttämällä korkeimman lämpötilan materiaaleja, joiden aluetiheys on pieni (esim. aerografiitti) pystyisi saavuttamaan vain 2 % c:stä (Heller et al., 2020); tavanomaisemmat aurinkopurjeet rajoittuvat alle 0.5 prosenttiin c:stä (Davoyan et al., 2021). Äskettäin Lingam ja Loeb (Lingam ja Loeb, 2020) ovat tutkineet astrofysikaalisia esineitä (esim. massiivisia tähtiä, supernovia jne.), jotka mahdollistaisivat säteilyn työntämän kevyen purjeen saavuttavan nopeudet 10 % c:stä, mutta tämä silti jättää ongelman siitä, kuinka aurinkokunnasta peräisin oleva ihmisen teknologia voi saavuttaa tähtienvälisen lennon.
Brian Wang on futuristisen ajattelun johtaja ja suosittu Science -bloggaaja, jolla on miljoona lukijaa kuukaudessa. Hänen bloginsa Nextbigfuture.com on sijalla 1 Science News Blog. Se kattaa monia häiritseviä tekniikoita ja suuntauksia, kuten avaruus, robotiikka, tekoäly, lääketiede, ikääntymistä estävä biotekniikka ja nanoteknologia.
Hän tunnetaan huipputeknologioiden tunnistamisesta, ja hän on tällä hetkellä perustaja ja varainkeräys korkean mahdollisen alkuvaiheen yrityksille. Hän on syvän teknologian investointien tutkimuksen johtaja ja Space Angelsin enkelisijoittaja.
Hän on usein puhunut yrityksissä, hän on ollut TEDx -puhuja, Singularity University -puhuja ja vieraana lukuisissa radio- ja podcast -haastatteluissa. Hän on avoin julkiselle puhumiselle ja neuvoille.
