Számos koncepció létezik a napszél meghajtási eszközként való kiaknázására: a MagSail, az e-sail és a plazmamágnes. Mindezek a koncepciók túlnyomórészt húzóeszközként működnek, és így a napszél sebességére korlátozódnak (~700 km/s), és csak korlátozottan képesek a napszél helyi irányára keresztirányban erőt generálni (azaz emelést). Érdekes felfedeznivaló a dinamikus szárnyalás: a szélsebesség különbségének kihasználása a tér két különböző régiójában. Ismeretes, hogy az albatroszok és a vitorlázók használják ezt a technikát, és köröznek a szélnyírási területeken. Birch (JBIS, 1989) azt javasolta, hogy egy ilyen technikát egy „MHD Wing”-en keresztül lehetne használni csillagközi utazási alkalmazásokhoz, de nem vizsgálta tovább a koncepciót.
Irányított plazmahullámú antennával rendelkező űrhajó, amely lendületet ad a helyi bolygóközi vagy csillagközi közegnek, és erőt hoz létre az antennán (lift). Ismételt dinamikus szárnyalási manővereket hajtanak végre az energia kinyerésére és a napszél sebességének többszörösére, hogy elérjék a napszél maximális sebességének tízszeresét, és elérjék a fénysebesség körülbelül 2%-át.
A napszéllel való kölcsönhatás koncepciójának kidolgozása szakaszos kísérleti validációt igényel, amelyek közül az első a napszéllel szembeni jelentős ellenállás kimutatása lenne mágneses szerkezet segítségével. Úgy tűnik, hogy a plazmamágnes a legjobb teljesítményt nyújtja a bevezetőben áttekintett légellenállási koncepciók gyorsulása tekintetében, így a plazmamágneses technológia bemutatása tűnik a következő logikus lépésnek. Egy közelmúltban készült tanulmány egy kisméretű, 16 egységnyi kockaméretű, Jupiter Observing Velocity Experiment (JOVE) nevű demonstrációs koncepciót javasolt, amely mindössze 6 hónappal a Földről való kilövés után képes áthaladni a Jupiter pályáján. A széllovagló plazmamágneses technológia másik alkalmazása a szoláris gravitációs lencse (SGL) távolságának (>550AU) gyors elérésének demonstrálása lenne. A Wind Rider Pathfinder Mission nevű tanulmány kimutatta, hogy az SGL-régió az indulástól számított kevesebb mint 7 éven belül elérhető ezzel a technológiával. Ezek az úttörő küldetések igazolást adnának arról, hogy jelentős hajtóerő nyerhető ki a napszélből, alapot adva a szélből villamos energia kinyerésére irányuló fejlettebb koncepcióhoz.
Ha teleszkópokat küldenek a nap gravitációs lencséjére, akkor a távcső vizualizációs képessége milliárdszorosára nőne, mivel a közel egymillió mérföld széles Nap által fókuszált fényt nézné. napgravitációs lencsés teleszkóp. Optikai vagy közel optikai hullámhosszon a fény erősítése 200 milliárdszoros nagyságrendű, és ugyanolyan lenyűgöző szögfelbontású. Ha elérjük ezt a tartományt a Naptól 550 AU távolságra kezdődően, akkor az exobolygók közvetlen leképezését is elvégezhetjük. A képalkotó küldetés kihívást jelent, de megvalósítható, olyan technológiákat használva, amelyek már elérhetőek vagy aktív fejlesztés alatt állnak. Reális körülmények között a galaktikus szomszédságunkban lévő Föld-szerű exobolygók megapixeles leképezéséhez csak hetek vagy hónapok integrációs időt igényelnek, nem pedig éveket, ahogy korábban gondolták.
A csapat azt vizsgálta, hogy egy méteres teleszkópokat küldjenek körülbelül hússzor távolabbra, mint a Plútó, hogy kihasználják a naphajlító fény gravitációját. A Nap 865000 109 mérföld, amely 3-szer szélesebb, mint a Föld. A gravitáció lehetővé teszi, hogy a napot óriás fénygyűjtőként hasznosítsa. XNUMX fénynapnyi távolságra eltávolodhatunk a Földtől, és más naprendszerek bolygóit is leképezhetjük. Olyan ez, mintha egy szondát küldenénk a másik naprendszerbe.
Ha ez a módszer működik, a 2030-as években más napelemes rendszereket is felfedezhetünk.
Ez a megközelítés a külső dinamikus nyomással táplált meghajtó hajtás koncepciójára épül [az úgynevezett q-drive (Greason, 2019)], azonban a jelen koncepcióban nem használnak fedélzeti reakciótömeget. A külső áramtermelés segítségével a napszélben rendelkezésre álló anyag felgyorsítására merőlegesen a jármű feletti áramlásra, nagyobb felhajtóerő keletkezik, mint az energiaelvonási folyamat által generált légellenállás. Az eredmény egyfajta liftgeneráló szárny, de fizikai szerkezet nélkül. A 2. részben ennek a liftgeneráló mechanizmusnak a működési elveit részletesen kifejtjük. A 3. részben potenciális küldetési koncepciókat dolgozunk ki a Naprendszerben rendelkezésre álló nagy szélnyírású régiók felhasználásával, nevezetesen a gyors (poláris) és lassú (egyenlítői) napszél interfészével, valamint a befejező sokkokkal, ahol a napszél szuperszonikusról visszavált szubszonikus áramlás, hogy elérje a c ≈2%-át.
A Naprendszer számos szerkezete elég nagy szélgradienseket kínál ahhoz, hogy dinamikus szárnyalási manővereket hajtsanak végre az energia kinyerése érdekében. Ilyen struktúrák közé tartozik, de nem kizárólagosan: a terminációs sokk, a heliopauza, a lassú és gyors napszél és a planetáris magnetoszféra határa. Míg ezeknek a struktúráknak a sűrűsége változó, a húzóeszközök, például a plazmamágnes elemzése kimutatta, hogy a mesterségesen létrehozott magnetoszféra kiterjedése a jármű körül természetesen tágul, ahogy a környező sűrűség csökken. Pontosabban, az űrhajó körüli mágneses szerkezet addig fog tágulni, amíg a mágneses nyomás meg nem felel a napszél dinamikus nyomásának. Ez a hatás az olyan eszközöket, mint a plazmamágnes, szinte állandó légellenállást eredményez, miközben a Naptól kifelé haladnak. A jelen cikk elemzéséhez a légellenállás állandó értékeit vettük át, és mivel a keletkező emelőerő a húzóeszköz plazmán keresztüli mozgásából származik, az emelési konstans értékeket is.
Egy jármű (vagy madár) rugalmas ütközést hajt végre, amikor egy alacsony ellenállású billenő manőverrel a mozgó légáramba kerül. Ahogy a jármű ismét belép a nyugalmi levegőbe, kétszeresére nőtt a széláram sebessége. Azután a nyugodt levegőben dőlve a jármű újra beléphet a széláramba, és ismét növelheti sebességét, ismételve a manővert mindaddig, amíg a légellenállási veszteségek ellensúlyozzák a sebességnövekedést és el nem érik a maximális sebességet. A közelmúltban a távirányítós vitorlázórepülők szerelmesei figyelemre méltó, 850 km/órát meghaladó sebességet értek el – ez a szél sebességének körülbelül tízszerese – azáltal, hogy ezt a technikát olyan vitorlázórepülőgépeknél alkalmazták, amelyeknek nincs fedélzeti meghajtása.
Az űrhajó kölcsönhatásba léphet az ionizált gáz áramlásával az űrben (napszél vagy csillagközi közeg), hogy az áramlási sebességnél nagyobb sebességre felgyorsuljon. A tengeri madarak és vitorlázórepülők által végrehajtott dinamikus szárnyalási manőverek ihlette, amelyek során a szélsebesség-különbségeket a szélsebesség növelésére használják ki, a javasolt technikában egy liftet generáló űrhajó a helioszféra különböző szélsebességű régiói között kering, és közben energiát nyer. hajtóanyag használata nélkül és csak szerény fedélzeti teljesítményigény.
A legegyszerűbb elemzés szerint az űrhajó mozgása a közeg különböző sebességgel mozgó régiói közötti rugalmas ütközések sorozataként modellezhető. Az űrhajó pályájának részletesebb modelljei készülnek a potenciális sebességnövekedés és az elérhető maximális sebesség előrejelzésére a jármű emelő-ellenállás aránya szempontjából. Olyan felvonógeneráló mechanizmust javasolnak, amelyben a jármű feletti áramlásból nyerik ki a teljesítményt a repülési irányban, majd a környező közeget keresztirányban felgyorsítják, felhajtóerőt (az áramlásra merőleges erőt) generálva. Kimutatták, hogy az emelés-ellenállás arány nagy értékei lehetségesek abban az esetben, ha kis keresztirányú sebességet adnak át nagy kölcsönhatási területen. A nagy kölcsönhatási terület követelménye a helioszféra rendkívül alacsony sűrűségében kizárja a fizikai szárny alkalmazását, de a kompakt, irányított antenna által generált plazmahullámok alkalmazása a környező közeg lendületének kölcsönzésére kivitelezhető, a gerjesztéssel. Az R-hullámok, az X-hullámok, az Alfven-hullámok és a magnetoszonikus hullámok ígéretes jelöltek. Az a fogalmi küldetés van definiálva, amelyben dinamikus szárnyalást hajtanak végre a helioszféra lezárási sokkján, lehetővé téve, hogy az űrhajó az indítást követő két és fél éven belül elérje a c 2%-át megközelítő sebességet hajtóanyag ráfordítása nélkül. A technika magában foglalhatja egy többlépcsős küldetés első szakaszát, amelynek célja valódi csillagközi repülés más naprendszerekbe.
A szoláris vitorlák az első példája annak a meghajtási technológiának, amely felhasználja a szabadon elérhető Napból kiáramló fotonokat, de még a legszélsőségesebb szoláris vitorlázás is – a Nap közeléből indulva a legmagasabb hőmérsékletű, legkisebb területi sűrűségű anyagokkal (pl. aerografit) – csak a c 2%-át tudná elérni (Heller et al., 2020); a hagyományosabb napvitorlák a c 0.5%-ánál kevesebbre korlátozódnak (Davoyan et al., 2021). A közelmúltban Lingam és Loeb (Lingam és Loeb, 2020) olyan asztrofizikai objektumokat (pl. nagy tömegű csillagokat, szupernóvákat stb.) vizsgáltak, amelyek lehetővé teszik a sugárzás által tolt könnyű vitorlák számára, hogy elérjék a c 10%-os vagy nagyobb sebességét, de ez még mindig hagyja abba a problémát, hogy a Naprendszerből származó emberi technológia hogyan képes megvalósítani a csillagközi repülést.
Brian Wang futurista gondolatvezető és népszerű tudományos blogger, havi 1 millió olvasóval. Blogja a Nextbigfuture.com a Science News Blog első helyén van. Számos zavaró technológiát és trendet fed le, beleértve az űrt, a robotikát, a mesterséges intelligenciát, az orvostudományt, az öregedésgátló biotechnológiát és a nanotechnológiát.
A legmodernebb technológiák azonosításáról ismert, jelenleg társalapítója a nagy potenciállal rendelkező korai stádiumú cégek indításának és adománygyűjtésének. Ő a mélytechnológiai beruházások elosztásának kutatási vezetője és egy angyalbefektető a Space Angels -nél.
A vállalatok gyakori előadója, volt TEDx -előadó, a Szingularitás Egyetem előadója és számos rádió- és podcast -interjú vendége. Nyitott a nyilvános beszédre és tanácsadásra.
