प्रकाश की गति का 2% जाने के लिए गतिशील उड़नेवाला का उपयोग कर प्लाज्मा मैग्नेट

सौर पवन को प्रणोदन के साधन के रूप में उपयोग करने के लिए कई अवधारणाएँ मौजूद हैं: मैगसेल, ई-सेल और प्लाज्मा चुंबक। ये सभी अवधारणाएँ मुख्य रूप से ड्रैग डिवाइस के रूप में काम करती हैं और इस प्रकार सौर हवा (~ 700 किमी/सेकेंड) के बराबर वेग तक सीमित हैं, सौर हवा की स्थानीय दिशा (यानी, लिफ्ट) के विपरीत बल उत्पन्न करने की केवल सीमित क्षमता है। खोजी जाने वाली एक दिलचस्प संभावना गतिशील उड़ान है: अंतरिक्ष के दो अलग-अलग क्षेत्रों में हवा की गति में अंतर का फायदा उठाना। अल्बाट्रॉस और सेलप्लेन इस तकनीक का उपयोग करने के लिए जाने जाते हैं, जो विंड शीयर के क्षेत्रों के अंदर और बाहर चक्कर लगाते हैं। बिर्च (जेबीआईएस, 1989) ने सुझाव दिया कि ऐसी तकनीक का उपयोग इंटरस्टेलर यात्रा अनुप्रयोगों के लिए "एमएचडी विंग" के माध्यम से किया जा सकता है, लेकिन इस अवधारणा का आगे पता नहीं लगाया।

दिशात्मक प्लाज्मा तरंग एंटीना वाला एक अंतरिक्ष यान जो स्थानीय अंतरग्रहीय या अंतरतारकीय माध्यम पर गति प्रदान करता है, जिससे एंटीना (लिफ्ट) पर एक बल उत्पन्न होता है। सौर हवा की अधिकतम गति से दस गुना अधिक गति प्राप्त करने और प्रकाश की गति के लगभग 2% तक पहुंचने के लिए ऊर्जा निकालने और सौर हवा की गति के कई गुना प्राप्त करने के लिए बार-बार गतिशील उड़ने वाले युद्धाभ्यास किए जाते हैं।

प्रणोदन के साधन के रूप में सौर हवा के साथ बातचीत की अवधारणा के विकास के लिए चरणों में प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता होगी, जिनमें से पहला प्रणोदन के लिए चुंबकीय संरचना का उपयोग करके सौर हवा के खिलाफ महत्वपूर्ण खींचें का प्रदर्शन होगा। परिचय में समीक्षा की गई ड्रैग अवधारणाओं के त्वरण के संदर्भ में प्लाज़्मा चुंबक उच्चतम प्रदर्शन करने वाला प्रतीत होता है, इसलिए प्लाज़्मा चुंबक प्रौद्योगिकी प्रदर्शन अगला तार्किक कदम प्रतीत होगा। एक हालिया अध्ययन में एक छोटी, 16यू क्यूबसैट प्रदर्शनकर्ता अवधारणा का प्रस्ताव दिया गया है जिसे बृहस्पति अवलोकन वेग प्रयोग (जेओवीई) कहा जाता है जो पृथ्वी से प्रक्षेपण के सिर्फ 6 महीने बाद बृहस्पति की कक्षा को पार कर सकता है। विंड-राइडिंग प्लाज्मा चुंबक प्रौद्योगिकी का एक अन्य अनुप्रयोग सौर गुरुत्वाकर्षण लेंस (एसजीएल) दूरी (>550AU) तक तेजी से पहुंच का प्रदर्शन होगा। विंड राइडर पाथफाइंडर मिशन नामक अध्ययन से पता चला है कि इस तकनीक का उपयोग करके लॉन्च से 7 साल से भी कम समय में एसजीएल क्षेत्र तक पहुंचा जा सकता है। ये अभूतपूर्व मिशन यह मान्यता प्रदान करेंगे कि सौर पवन से सार्थक प्रणोदक शक्ति निकाली जा सकती है, जिससे लिफ्ट-जनरेशन के लिए पवन से विद्युत ऊर्जा निकालने की अधिक उन्नत अवधारणा के लिए आधार मिलेगा।

दूरबीनों को सौर गुरुत्वाकर्षण लेंस में भेजने से दूरबीन की दृश्य क्षमताओं को अरबों गुना बढ़ावा मिलेगा क्योंकि यह लगभग मिलियन मील चौड़े सूर्य द्वारा केंद्रित प्रकाश को देखेगा। एक सौर गुरुत्वाकर्षण लेंस दूरबीन। ऑप्टिकल या निकट-ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर, प्रकाश का प्रवर्धन 200 अरब गुना के क्रम पर और समान रूप से प्रभावशाली कोणीय रिज़ॉल्यूशन के साथ होता है। यदि हम सूर्य से 550 एयू से शुरू होने वाले इस क्षेत्र तक पहुंच सकते हैं, तो हम एक्सोप्लैनेट की प्रत्यक्ष इमेजिंग कर सकते हैं। एक इमेजिंग मिशन चुनौतीपूर्ण लेकिन व्यवहार्य है, ऐसी तकनीकों का उपयोग करके जो या तो पहले से ही उपलब्ध हैं या सक्रिय विकास में हैं। यथार्थवादी परिस्थितियों में, हमारे गैलेक्टिक पड़ोस में पृथ्वी जैसे एक्सोप्लैनेट की मेगापिक्सेल इमेजिंग के लिए केवल हफ्तों या महीनों के एकीकरण समय की आवश्यकता होती है, न कि वर्षों की, जैसा कि पहले सोचा गया था।

टीम सूर्य की झुकने वाली रोशनी के गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करने के लिए प्लूटो से लगभग बीस गुना दूर एक मीटर दूरबीन भेजने की जांच कर रही है। सूर्य 865000 मील की दूरी पर है जो पृथ्वी से 109 गुना अधिक चौड़ा है। गुरुत्वाकर्षण आपको एक विशाल प्रकाश संग्राहक के रूप में सूर्य का लाभ उठाने देता है। हम पृथ्वी से 3 प्रकाश दिन दूर जाकर अन्य सौर मंडलों में ग्रहों की छवि ले सकते हैं। यह ऐसा होगा जैसे हमने दूसरे सौर मंडल में एक जांच भेजी हो।

यदि यह विधि काम करती है तो हम 2030 के दशक में अन्य सौर प्रणालियों की खोज कर सकते हैं।

यह दृष्टिकोण एक प्रणोदक ड्राइव की अवधारणा पर आधारित है जो बाहरी गतिशील दबाव [तथाकथित क्यू-ड्राइव (ग्रीसन, 2019)] द्वारा संचालित होता है, हालांकि, वर्तमान अवधारणा में, कोई ऑनबोर्ड प्रतिक्रिया द्रव्यमान का उपयोग नहीं किया जाता है। वाहन के ऊपर प्रवाह के लंबवत सौर पवन में उपलब्ध पदार्थ को तेज करने के लिए बाहरी बिजली उत्पादन का उपयोग करके, लिफ्ट उत्पन्न होती है जो बिजली-निष्कर्षण प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न ड्रैग की तुलना में अधिक परिमाण में होती है। परिणाम एक प्रकार का लिफ्ट-जनरेटिंग विंग है, लेकिन भौतिक संरचना के बिना। धारा 2 में, इस लिफ्ट-जनरेटिंग तंत्र के संचालन सिद्धांतों को विस्तार से विकसित किया गया है। धारा 3 में, संभावित मिशन अवधारणाओं को सौर मंडल में उपलब्ध उच्च पवन कतरनी के क्षेत्रों का उपयोग करके विकसित किया गया है, अर्थात् तेज (ध्रुवीय) और धीमी (भूमध्यरेखीय) सौर हवा और समाप्ति झटके के बीच का इंटरफ़ेस जहां सौर हवा सुपरसोनिक से वापस लौटती है। सबसोनिक प्रवाह, c के ≈2% के वेग तक पहुंचने के लिए।

सौर मंडल में कई संरचनाएं ऊर्जा निकालने के लिए गतिशील उड़ने वाले युद्धाभ्यास के लिए पर्याप्त बड़े पवन ढाल प्रदान करती हैं। ऐसी संरचनाओं में शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं: समाप्ति झटका, हेलिओपॉज़, धीमी और तेज़ सौर हवा और ग्रहीय मैग्नेटोस्फीयर की सीमा। जबकि इन संरचनाओं का घनत्व भिन्न होता है, प्लाज्मा चुंबक जैसे ड्रैग उपकरणों के विश्लेषण से पता चला है कि वाहन के चारों ओर कृत्रिम रूप से उत्पन्न मैग्नेटोस्फीयर की सीमा स्वाभाविक रूप से बढ़ती है क्योंकि आसपास का घनत्व कम हो जाता है। विशेष रूप से, अंतरिक्ष यान के चारों ओर चुंबकीय संरचना तब तक विस्तारित होगी जब तक चुंबकीय दबाव सौर हवा के गतिशील दबाव से मेल नहीं खाता। यह प्रभाव प्लाज़्मा चुंबक जैसे उपकरणों को सूर्य से बाहर की ओर बढ़ते समय लगभग निरंतर खींचतान बनाता है। इस पेपर में विश्लेषण के प्रयोजनों के लिए, हमने ड्रैग के निरंतर मूल्यों को अपनाया है और, चूंकि उत्पन्न लिफ्ट शक्ति प्लाज्मा के माध्यम से ड्रैग डिवाइस की गति से प्राप्त होती है, इसलिए लिफ्ट के निरंतर मूल्यों को भी अपनाया जाता है।

एक वाहन (या पक्षी) लो-ड्रैग बैंकिंग पैंतरेबाज़ी के माध्यम से हवा की चलती धारा में प्रवेश करते समय एक लोचदार टक्कर को अंजाम देता है। जैसे ही वाहन शांत हवा में फिर से प्रवेश करता है, उसे हवा की धारा का वेग दोगुना हो जाता है। तब तक शांत हवा में बैंकिंग, वाहन हवा की धारा में फिर से प्रवेश कर सकता है और अपने वेग को फिर से बढ़ा सकता है, इस पैंतरेबाज़ी को बार-बार दोहराता है जब तक कि ड्रैग लॉस वेग लाभ का प्रतिकार नहीं कर देता और अधिकतम वेग प्राप्त नहीं हो जाता। हाल ही में, रिमोट कंट्रोल ग्लाइडर उत्साही लोगों ने इस तकनीक को उन ग्लाइडर के साथ लागू करके 850 किमी/घंटा से अधिक की उल्लेखनीय गति हासिल की है - जो हवा की गति से लगभग 10 गुना अधिक है।

एक अंतरिक्ष यान अंतरिक्ष में आयनित गैस के प्रवाह (सौर पवन या अंतरतारकीय माध्यम) के साथ बातचीत कर सकता है ताकि प्रवाह वेग से अधिक वेग तक त्वरित किया जा सके। समुद्री पक्षियों और ग्लाइडरों द्वारा किए गए गतिशील उड़ने वाले युद्धाभ्यास से प्रेरित, जिसमें वेग प्राप्त करने के लिए हवा की गति में अंतर का उपयोग किया जाता है, प्रस्तावित तकनीक में एक लिफ्ट-उत्पन्न करने वाला अंतरिक्ष यान हेलियोस्फीयर के उन क्षेत्रों के बीच चक्कर लगाता है, जिनमें अलग-अलग हवा की गति होती है, इस प्रक्रिया में ऊर्जा प्राप्त होती है प्रणोदक के उपयोग के बिना और केवल मामूली ऑनबोर्ड बिजली आवश्यकताओं के बिना।

सबसे सरल विश्लेषण में, अंतरिक्ष यान की गति को विभिन्न गति से चलने वाले माध्यम के क्षेत्रों के बीच लोचदार टकराव की एक श्रृंखला के रूप में तैयार किया जा सकता है। अंतरिक्ष यान प्रक्षेपवक्र के अधिक विस्तृत मॉडल संभावित वेग लाभ और वाहन के लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात के संदर्भ में प्राप्त किए जा सकने वाले अधिकतम वेग की भविष्यवाणी करने के लिए विकसित किए गए हैं। एक लिफ्ट-जनरेटिंग तंत्र प्रस्तावित है जिसमें उड़ान दिशा में वाहन के ऊपर प्रवाह से शक्ति निकाली जाती है और फिर अनुप्रस्थ दिशा में आसपास के माध्यम को तेज करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिससे लिफ्ट उत्पन्न होती है (यानी, प्रवाह के लंबवत बल)। लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात के बड़े मूल्यों को उस मामले में संभव दिखाया गया है जहां बातचीत के एक बड़े क्षेत्र पर एक छोटा अनुप्रस्थ वेग प्रदान किया जाता है। हेलियोस्फीयर के बेहद कम घनत्व में एक बड़े संपर्क क्षेत्र की आवश्यकता एक भौतिक विंग के उपयोग को रोकती है, लेकिन आसपास के माध्यम पर गति प्रदान करने के लिए एक कॉम्पैक्ट, दिशात्मक एंटीना द्वारा उत्पन्न प्लाज्मा तरंगों का उपयोग संभव है, उत्तेजना के साथ आर-वेव्स, एक्स-वेव्स, अल्फवेन वेव्स और मैग्नेटोसोनिक वेव्स आशाजनक उम्मीदवारों के रूप में दिखाई दे रही हैं। एक वैचारिक मिशन को परिभाषित किया गया है जिसमें हेलियोस्फीयर के समाप्ति झटके पर गतिशील उड़ान का प्रदर्शन किया जाता है, जिससे एक अंतरिक्ष यान प्रणोदक के खर्च के बिना प्रक्षेपण के ढाई साल के भीतर 2% सी तक की गति तक पहुंचने में सक्षम हो जाता है। यह तकनीक अन्य सौर प्रणालियों के लिए वास्तविक अंतरतारकीय उड़ान प्राप्त करने के लिए एक मल्टीस्टेज मिशन के लिए पहला चरण शामिल हो सकती है।

सौर पाल एक प्रणोदन तकनीक का पहला उदाहरण है जो सूर्य से निकलने वाले स्वतंत्र रूप से उपलब्ध फोटॉन का उपयोग करता है, लेकिन यहां तक ​​कि सबसे चरम सौर नौकायन - सबसे कम क्षेत्रीय घनत्व (उदाहरण के लिए, एरोग्राफाइट) के साथ उच्चतम तापमान सामग्री का उपयोग करके सूर्य के पास से लॉन्च किया गया है - सी का केवल 2% प्राप्त करने में सक्षम होगा (हेलर एट अल., 2020); अधिक पारंपरिक सौर सेल 0.5% से कम तक सीमित हैं (डेवॉयन एट अल., 2021)। हाल ही में, लिंगम और लोएब (लिंगम और लोएब, 2020) ने खगोलभौतिकीय वस्तुओं (जैसे, बड़े पैमाने पर तारे, सुपरनोवा, आदि) की जांच की है जो विकिरण-प्रेरित प्रकाश पाल को 10% सी या उससे अधिक की गति प्राप्त करने की अनुमति देगा, लेकिन यह अभी भी है यह समस्या छोड़ती है कि सौर मंडल से उत्पन्न होने वाली मानव तकनीक अंतरतारकीय उड़ान कैसे प्राप्त कर सकती है।