Voile de cisaillement de granulés de vent - Parties du système permettant au vaisseau spatial d'atteindre 25 % de la vitesse de la lumière

Jeff Greason décrit comment passer de 2 % de la vitesse de la lumière en utilisant la montée en flèche dynamique du vent solaire, puis en utilisant des pellets propulsés par le soleil pour passer de 2 à 6 % de la vitesse de la lumière en utilisant la technologie existante à court terme. À 6 % de la vitesse de la lumière, les particules du milieu interstellaire interagissent avec le vaisseau spatial comme au-delà de l'énergie du niveau de fusion nucléaire. L'énergie de haute intensité est prélevée et utilisée pour alimenter la propulsion afin d'atteindre 25 % de la vitesse de la lumière. L’aimant à plasma utilisé pendant la phase d’envolée dynamique du vent solaire est utilisé pour freiner l’étoile cible.

Ce sont des moyens intelligents d’utiliser des technologies à relativement court terme pour atteindre 25 % de la vitesse de la lumière avec des sondes et peut-être même des engins spatiaux habités. Les méthodes permettant d'atteindre 2 % de la vitesse de la lumière sur 2 ans sont tout ce qui est nécessaire pour voyager à l'intérieur du système solaire et même jusqu'aux points de la lentille gravitationnelle commençant environ une douzaine de fois plus loin que Pluton. En allant dans les zones de lentilles gravitationnelles, laissez un petit télescope utiliser le Soleil comme lentille pour devenir 10 milliards de fois plus puissant. Nous pouvons pré-explorer tous les systèmes solaires dans un rayon de milliers d’années-lumière avec des millions de télescopes spatiaux. Nous choisissons alors d'envoyer de véritables sondes vers les meilleurs systèmes solaires que nous aurons déjà commencé à explorer avec des observatoires envoyés à des points d'observation à 1000 jours-lumière autour du Soleil.

Il est difficile d’obtenir à moindre coût l’énergie cinétique nécessaire au vol interstellaire et il est intéressant d’exploiter les sources d’énergie naturelles existantes, telles que le vent solaire, pour réduire les coûts. Cependant, il existe une lacune dans les concepts publiés, dans la mesure où les vitesses du vent solaire sont limitées à environ 700 km/s, alors que même avec des concepts tels que l'entraînement à réaction alimenté par le vent (« q -drive), des vitesses d'environ 5 % de c doit être atteint avant qu'ils puissent prendre le relais. Il manque un moyen rentable de combler cette lacune.

Des boules d'aérographite peuvent être libérées près du soleil et elles accéléreront jusqu'à environ 5 % de la vitesse de la lumière. L'aérographite est une mousse ultra fine et 15,000 XNUMX fois plus légère que l'aluminium.

Objectif – Démontrer une méthode par laquelle des pastilles inertes, accélérées par le vent solaire, peuvent être utilisées pour accélérer un vaisseau spatial à partir de vitesses de vent solaire allant jusqu'à ~ 5 % de c.

Méthodes : Calculs de physique classique pour soutenir la physique de base et la faisabilité de l’approche.

Résultats : Lorsque deux flux de matière sont proches mais avec des vitesses différentes, ou lorsqu'ils se déplacent dans le même espace mais avec des vitesses différentes et des propriétés distinctes, la différence de vitesses, ou cisaillement de vitesse, peut être utilisée pour gagner de l'énergie propulsive. Un flux de pastilles se déplaçant à travers le milieu interstellaire est un exemple d’un tel cas. La propulsion par pellets est une idée explorée dans l'art antérieur qui nécessite des pellets à grande vitesse ; l'extraction du travail utile de la différence de vitesse entre les pastilles et le milieu interstellaire permet à un navire roulant sur les pastilles et tirant également de l'énergie du passage à travers le milieu interstellaire d'acquérir de l'énergie propulsive même lorsqu'il est plus rapide que les pastilles et même lorsque les pastilles sont composés d’une masse réactionnelle inerte. La physique de base de ceci est discutée ainsi que les équations de performance et en discutent dans le contexte de l'utilisation de pellets relativement lents (accélérés par le vent solaire), pour envoyer un vaisseau spatial à un multiple substantiel de la vitesse du vent solaire. Un autre cas où les petites macroparticules et un vent plasmatique sont à des vitesses différentes est le système solaire interne dans le plan de l'écliptique, où le vent solaire et la poussière zodiacale ont des distributions de vitesses différentes ; cela peut offrir d’autres applications du même principe.

Arxiv – Précurseur à faible coût d'une mission interstellaire

La pression des photons solaires constitue une source de poussée viable pour les engins spatiaux du système solaire. Théoriquement, cela pourrait également permettre des missions interstellaires, mais une masse extrêmement faible par section transversale est nécessaire pour vaincre la gravité solaire. Nous identifions l'aérographite, une mousse synthétique à base de carbone d'une densité de 0.18 kg m−3 (15,000 1 fois plus légère que l'aluminium) comme un matériau polyvalent pour une propulsion très efficace avec la lumière du soleil. Une sphère creuse d'aérographite avec une épaisseur de coque shl = 1 mm pourrait devenir interstellaire lorsqu'elle serait soumise au rayonnement solaire dans l'espace interplanétaire. Lors du lancement à 0.5 UA du Soleil, une coque aérographite avec shl = 60 mm arrive sur l'orbite de Mars en 4.3 jours et sur l'orbite de Pluton en 1 ans. La libération d'une sphère creuse d'aérographite, dont la coquille a 0.04 µm d'épaisseur, à 6900 UA (l'approche la plus proche de la sonde solaire Parker) entraîne une vitesse de fuite de près de 1 185 km s−2 et 100 ans de voyage jusqu'à la distance la plus proche de notre sonde solaire Parker. étoile, Proxima Centauri. La signature infrarouge d'une voile d'aérographite de la taille d'un mètre a pu être observée avec JWST jusqu'à 1 UA du Soleil, au-delà de l'orbite de Mars. Une sphère creuse d'aérographite, dont la coquille a une épaisseur de 5 µm, d'un rayon de 230 m (5.7 m) pèse 2.2 mg (55 g) et a une marge de masse de 1 g (10 g) pour permettre la fuite interstellaire. La marge de charge utile est dix fois supérieure à la masse du vaisseau spatial, alors que la charge utile des fusées chimiques interstellaires représente généralement un millième du poids de la fusée. En utilisant 4.7 g (2.8 g) de cette marge (par exemple, pour une technologie de communication miniature avec la Terre), il atteindrait l'orbite de Pluton 1 ans (1 ans) après le lancement interplanétaire à 1000 UA. Une communication simpliste permettrait des études du milieu interplanétaire et une recherche de la planète neuf présumée, et servirait de mission précurseur vers αCentauri. Nous estimons les coûts de développement des prototypes à 10 million USD, un prix de XNUMX XNUMX USD par voile et un total de < XNUMX millions USD, lancement compris pour un concept de ferroutage avec une mission interplanétaire.

Une technologie développée sous le parrainage du NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), l'aimant à plasma, offre une voie permettant des manœuvres à haute accélération dans le vent solaire, y compris des transits rapides vers des planètes extérieures et vers la lentille gravitationnelle solaire.

Le comité technique de l’AIAA sur la propulsion nucléaire et future des vols a parrainé une étude de conception d’une mission de démonstration, JOVE. S'il était piloté, JOVE fournirait la démonstration en vol critique de cette technologie. Le vaisseau spatial à énergie solaire pèserait environ 25 kilogrammes et atteindrait Jupiter en trois semaines, atteignant une vitesse incroyable de 300 kilomètres par seconde. M. Greason a passé en revue les principaux défis de conception découverts lors de la conception, a examiné l'état actuel et a discuté des prochaines étapes possibles.

Jeff Greason est un entrepreneur et innovateur avec 25 ans d'expérience dans l'industrie spatiale commerciale. Il est le technologue en chef d'Electric Sky, qui développe une énergie sans fil à longue portée pour la propulsion et à d'autres fins ; et président de la Fondation Tau Zero, développant des technologies de propulsion avancées pour le système solaire et les missions interstellaires. Il a été actif dans le développement de la réglementation spatiale commerciale et a siégé à la Commission présidentielle Augustine en 2009. Jeff a été co-fondateur de XCOR Aerospace et a été PDG de 1999 au début 2015. Auparavant, il était chef de l'équipe des moteurs de fusée chez Rotary Rocket et responsable de l'ingénierie dans le développement de la technologie des puces chez Intel. Il détient 28 brevets américains et a récemment publié des articles sur de nouveaux concepts de propulsion spatiale. Il est également gouverneur de la National Space Society.