Wind Pellet Shear Sailing- Bagian Sistem untuk Pesawat Luar Angkasa Mencapai 25% Kecepatan Cahaya

Jeff Greason menjelaskan cara beralih dari 2% kecepatan cahaya menggunakan angin matahari dinamis yang melonjak dan kemudian menggunakan pelet yang didorong dari matahari untuk beralih dari 2-6% kecepatan cahaya menggunakan teknologi jangka pendek yang ada. Pada 6% kecepatan cahaya, partikel dalam medium antarbintang berinteraksi dengan pesawat ruang angkasa seperti di luar energi tingkat fusi nuklir. Energi intensitas tinggi diambil dan digunakan untuk menggerakkan propulsi hingga mencapai 25% kecepatan cahaya. Magnet plasma yang digunakan selama fase melonjak dinamis angin matahari digunakan untuk mengerem bintang target.

Ini adalah cara cerdas untuk menggunakan teknologi jangka pendek untuk mencapai 25% kecepatan cahaya dengan probe dan bahkan mungkin pesawat ruang angkasa berawak. Metode untuk mencapai 2% kecepatan cahaya selama 2 tahun adalah semua yang diperlukan untuk perjalanan di dalam tata surya dan bahkan ke titik lensa gravitasi mulai sekitar selusin kali lebih jauh dari Pluto. Pergi ke area lensa gravitasi biarkan teleskop kecil menggunakan Matahari sebagai lensa untuk menjadi 10 miliar kali lebih kuat. Kita dapat melakukan pra-penjelajahan semua tata surya dalam jarak 1000-an tahun cahaya dengan jutaan teleskop luar angkasa. Kami kemudian memilih untuk mengirim probe sebenarnya ke tata surya terbaik yang sudah mulai kami jelajahi dengan observatorium yang dikirim ke titik pandang 3 hari cahaya di sekitar Matahari.

Memperoleh energi kinetik yang diperlukan untuk penerbangan antarbintang dengan harga terjangkau sulit dilakukan dan memanfaatkan sumber energi alami yang ada seperti angin surya menarik untuk mengurangi biaya. Namun, ada celah dalam konsep yang dipublikasikan, di mana kecepatan angin matahari dibatasi hingga ~700 km/dtk, bahkan dengan konsep seperti penggerak reaksi bertenaga angin ('q'-drive), kecepatan ~5% dari c harus dicapai sebelum mereka dapat mengambil alih. Cara yang hemat biaya untuk mengisi celah itu masih kurang.

Puffball aerographite dapat dilepaskan di dekat matahari dan akan berakselerasi hingga sekitar 5% dari kecepatan cahaya. Aerographite adalah busa ultra tipis dan 15,000 kali lebih ringan dari aluminium.

Tujuan – Mendemonstrasikan metode pelet inert, yang dipercepat oleh angin matahari, dapat digunakan untuk mempercepat pesawat ruang angkasa dari kecepatan angin matahari hingga ~5% c.

Metode: Komputasi fisika klasik untuk mendukung fisika dasar dan kelayakan pendekatan.

Hasil: Ketika dua aliran materi berdekatan tetapi dengan kecepatan berbeda, atau ketika mereka bergerak melalui ruang yang sama tetapi dengan kecepatan berbeda dan sifat yang dapat dibedakan, perbedaan kecepatan, atau pergeseran kecepatan, dapat digunakan untuk mendapatkan energi pendorong. Aliran pelet yang bergerak melalui media antarbintang adalah contoh kasus seperti itu. Propulsi dengan pelet adalah ide yang dieksplorasi dalam penemuan sebelumnya yang membutuhkan pelet kecepatan tinggi; ekstraksi kerja yang berguna dari perbedaan kecepatan antara pelet dan media antarbintang memungkinkan sebuah kapal berjalan di atas pelet dan juga menarik energi dari lintasan melalui media antarbintang untuk mendapatkan energi pendorong bahkan ketika lebih cepat daripada pelet dan bahkan ketika pelet terdiri dari massa reaksi inert. Fisika dasar ini dibahas dan persamaan kinerja dan diskusikan ini dalam konteks penggunaan pelet yang relatif lambat (dipercepat oleh angin matahari), untuk mengirim pesawat ruang angkasa ke kelipatan yang substansial di atas kecepatan angin matahari. Kasus lain di mana makropartikel kecil dan angin plasma berada pada kecepatan yang berbeda adalah tata surya bagian dalam di bidang ekliptika, di mana angin matahari dan debu zodiak memiliki distribusi kecepatan yang berbeda; ini mungkin menawarkan aplikasi lebih lanjut dari prinsip yang sama.

Arxiv – Prekursor murah dari misi antarbintang

Tekanan foton surya menyediakan sumber daya dorong yang layak untuk pesawat ruang angkasa di tata surya. Secara teoritis itu juga dapat memungkinkan misi antarbintang, tetapi massa yang sangat kecil per luas penampang diperlukan untuk mengatasi gravitasi matahari. Kami mengidentifikasi aerographite, busa berbasis karbon sintetik dengan kepadatan 0.18 kg m−3 (15,000 kali lebih ringan dari aluminium) sebagai bahan serbaguna untuk penggerak yang sangat efisien dengan sinar matahari. Bola aerografit berongga dengan ketebalan cangkang shl = 1 mm bisa menjadi antarbintang setelah tunduk pada radiasi matahari di ruang antarplanet. Saat diluncurkan pada jarak 1 AU dari Matahari, cangkang aerografit dengan shl = 0.5 mm tiba di orbit Mars dalam 60 d dan di orbit Pluto dalam 4.3 tahun. Pelepasan bola berongga aerografit, yang cangkangnya setebal 1 µm, pada 0.04 AU (pendekatan terdekat dari Parker Solar Probe) menghasilkan kecepatan lepas hampir 6900 km s−1 dan 185 tahun perjalanan ke jarak terdekat kita bintang, Proxima Centauri. Tanda infra merah dari layar aerographite berukuran satu meter dapat diamati dengan JWST hingga 2 AU dari Matahari, di luar orbit Mars. Bola berongga aerographite, yang cangkangnya setebal 100 µm, dengan radius 1 m (5 m) memiliki berat 230 mg (5.7 g) dan memiliki margin massa 2.2 g (55 g) untuk memungkinkan lepasnya antarbintang. Margin muatan sepuluh kali massa pesawat ruang angkasa, sedangkan muatan roket antarbintang kimia biasanya seperseribu berat roket. Menggunakan 1 g (10 g) dari margin ini (misalnya, untuk teknologi komunikasi mini dengan Bumi), ia akan mencapai orbit Pluto 4.7 tahun (2.8 tahun) setelah peluncuran antarplanet pada 1 AU. Komunikasi sederhana akan memungkinkan studi media antarplanet dan pencarian Planet Kesembilan yang dicurigai, dan akan berfungsi sebagai misi pendahulu ke αCentauri. Kami memperkirakan biaya pengembangan prototipe sebesar 1 juta USD, harga 1000 USD per layar, dan total < 10 juta USD termasuk peluncuran konsep kuda-kudaan dengan misi antarplanet.

Sebuah teknologi yang dikembangkan di bawah sponsor NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), Magnet Plasma, menawarkan jalan menuju manuver akselerasi tinggi dalam angin matahari, termasuk transit cepat ke planet luar dan ke Lensa Gravitasi Surya.

Komite Teknis Penggerak Nuklir dan Penerbangan Masa Depan AIAA telah mensponsori studi desain konseptual dari misi demonstran, JOVE. Jika diterbangkan, JOVE akan memberikan demonstrasi penerbangan kritis dari teknologi ini. Pesawat ruang angkasa bertenaga surya akan memiliki berat sekitar 25 kilogram dan akan mencapai Jupiter dalam tiga minggu dengan kecepatan luar biasa 300 kilometer per detik. Mr. Greason membahas tantangan desain utama yang terungkap selama desain konseptual, meninjau kondisi saat ini, dan mendiskusikan kemungkinan langkah selanjutnya.

Jeff Greason adalah seorang pengusaha dan inovator dengan pengalaman 25 tahun di industri luar angkasa komersial. Dia adalah Kepala Teknolog Electric Sky, mengembangkan daya nirkabel jarak jauh untuk propulsi dan tujuan lain; dan Ketua Yayasan Tau Zero, mengembangkan teknologi propulsi canggih untuk tata surya dan misi antarbintang. Dia telah aktif dalam pengembangan regulasi ruang komersial dan bertugas di Komisi Augustine Presiden pada tahun 2009. Jeff adalah salah satu pendiri XCOR Aerospace dan menjabat sebagai CEO dari tahun 1999 hingga awal 2015. Sebelumnya, dia adalah pemimpin tim mesin roket di Rotary Rocket dan manajer teknik dalam pengembangan teknologi chip di Intel. Dia memegang 28 paten AS dan baru-baru ini menerbitkan makalah tentang konsep propulsi luar angkasa baru. Dia juga seorang Gubernur National Space Society.