Jeff Greason descrive come passare dal 2% della velocità della luce utilizzando l'impennata dinamica del vento solare e quindi utilizzando pellet spinti dal sole per passare dal 2-6% della velocità della luce utilizzando la tecnologia a breve termine esistente. Al 6% della velocità della luce le particelle nel mezzo interstellare interagiscono con il veicolo spaziale come un'energia che va oltre il livello di fusione nucleare. L'energia ad alta intensità viene prelevata e utilizzata per alimentare la propulsione per raggiungere il 25% della velocità della luce. Il magnete al plasma utilizzato durante la fase di impennata dinamica del vento solare viene utilizzato per frenare sulla stella bersaglio.
Si tratta di modi intelligenti per sfruttare tecnologie relativamente a breve termine per raggiungere il 25% della velocità della luce con sonde e possibilmente anche veicoli spaziali con equipaggio. I metodi per raggiungere il 2% della velocità della luce in 2 anni sono tutto ciò che serve per viaggiare all’interno del sistema solare e anche fino ai punti della lente gravitazionale che iniziano circa una dozzina di volte più lontano di Plutone. Andando nelle aree delle lenti gravitazionali, un piccolo telescopio potrebbe utilizzare il Sole come lente per diventare 10 miliardi di volte più potente. Possiamo pre-esplorare tutti i sistemi solari entro migliaia di anni luce con milioni di telescopi spaziali. Scegliamo quindi di inviare vere e proprie sonde nei migliori sistemi solari che avremo già iniziato ad esplorare con osservatori inviati in punti di osservazione a 1000 giorni luce attorno al Sole.
Ottenere l’energia cinetica necessaria per il volo interstellare in modo conveniente è difficile e sfruttare le fonti naturali di energia esistenti come il vento solare è interessante per ridurre i costi. Tuttavia, esiste una lacuna nei concetti pubblicati, in quanto le velocità del vento solare sono limitate a ~700 km/s, mentre anche con concetti come il motore a reazione alimentato dal vento (“q”-drive), velocità di circa il 5% del c deve essere raggiunto prima che possano subentrare. Manca una soluzione economicamente vantaggiosa per colmare questa lacuna.
I palloncini di aerografite possono essere rilasciati vicino al sole e accelerano fino a circa il 5% della velocità della luce. L'aerografite è una schiuma ultrasottile e 15,000 volte più leggera dell'alluminio.
Obiettivo – Dimostrare un metodo mediante il quale pellet inerti, accelerati dal vento solare, possono essere utilizzati per accelerare un veicolo spaziale con velocità del vento solare fino a circa il 5% di c.
Metodi: Calcoli di fisica classica per supportare la fisica di base e la fattibilità dell'approccio.
Risultati: quando due flussi di materia sono vicini ma con velocità diverse, o quando si muovono attraverso lo stesso spazio ma con velocità diverse e proprietà distinguibili, la differenza di velocità, o taglio di velocità, può essere utilizzata per ottenere energia propulsiva. Un esempio di questo caso è un flusso di pellet che si muove attraverso il mezzo interstellare. La propulsione mediante pellet è un'idea esplorata nella tecnica precedente che richiede pellet ad alta velocità; l'estrazione di lavoro utile dalla differenza di velocità tra i pellet e il mezzo interstellare consente ad una nave che corre sopra i pellet e trae anche energia dal passaggio attraverso il mezzo interstellare per guadagnare energia propulsiva anche quando più veloce dei pellet e anche quando i pellet sono composti da massa di reazione inerte. Viene discussa la fisica di base di questo e le equazioni delle prestazioni e si discute questo nel contesto dell'uso di pellet relativamente lenti (accelerati dal vento solare), per inviare un veicolo spaziale a un multiplo sostanziale rispetto alla velocità del vento solare. Un altro caso in cui piccole macroparticelle e un vento di plasma hanno velocità diverse è il sistema solare interno nel piano dell'eclittica, dove il vento solare e la polvere zodiacale hanno distribuzioni di velocità diverse; ciò può offrire ulteriori applicazioni dello stesso principio.
Arxiv – Precursore a basso costo di una missione interstellare
La pressione dei fotoni solari fornisce una valida fonte di spinta per i veicoli spaziali nel sistema solare. In teoria potrebbe anche consentire missioni interstellari, ma per superare la gravità solare è necessaria una massa estremamente piccola per area della sezione trasversale. Identifichiamo l’aerografite, una schiuma sintetica a base di carbonio con una densità di 0.18 kg m−3 (15,000 volte più leggera dell’alluminio) come un materiale versatile per una propulsione altamente efficiente con la luce solare. Una sfera cava di aerografite con uno spessore del guscio shl = 1 mm potrebbe diventare interstellare se sottoposta alla radiazione solare nello spazio interplanetario. Al momento del lancio a 1 UA dal Sole, un guscio di aerografite con shl = 0.5 mm arriva all'orbita di Marte in 60 d e all'orbita di Plutone in 4.3 anni. Il rilascio di una sfera cava di aerografite, il cui guscio è spesso 1 µm, a 0.04 UA (l'avvicinamento più vicino della Parker Solar Probe) si traduce in una velocità di fuga di quasi 6900 km s−1 e 185 anni di viaggio fino alla distanza del pianeta più vicino. stella, Proxima Centauri. La firma infrarossa di una vela di aerografite delle dimensioni di un metro potrebbe essere osservata con JWST fino a 2 UA dal Sole, oltre l'orbita di Marte. Una sfera cava di aerografite, il cui guscio è spesso 100 µm, di raggio 1 m (5 m), pesa 230 mg (5.7 g) e ha un margine di massa di 2.2 g (55 g) per consentire la fuga interstellare. Il margine di carico utile è dieci volte la massa del veicolo spaziale, mentre il carico utile sui razzi interstellari chimici è tipicamente un millesimo del peso del razzo. Utilizzando 1 g (10 g) di questo margine (ad esempio, per la tecnologia di comunicazione in miniatura con la Terra), raggiungerebbe l'orbita di Plutone 4.7 anni (2.8 anni) dopo il lancio interplanetario a 1 UA. Una comunicazione semplicistica consentirebbe gli studi del mezzo interplanetario e la ricerca del sospetto Pianeta Nove e servirebbe come missione precursore per αCentauri. Stimiamo costi di sviluppo del prototipo di 1 milione di dollari, un prezzo di 1000 dollari per vela e un totale di < 10 milioni di dollari compreso il lancio di un concetto piggyback con una missione interplanetaria.
Una tecnologia sviluppata sotto la sponsorizzazione del NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), il magnete al plasma, offre un percorso per manovre ad alta accelerazione nel vento solare, compresi transiti veloci verso i pianeti esterni e verso la lente gravitazionale solare.
Il comitato tecnico dell'AIAA Nuclear and Future Flight Propulsion ha sponsorizzato uno studio di progettazione concettuale di una missione dimostrativa, JOVE. Se volato, JOVE fornirebbe la dimostrazione di volo fondamentale di questa tecnologia. La navicella spaziale a energia solare peserebbe circa 25 chilogrammi e raggiungerebbe Giove in tre settimane raggiungendo la sorprendente velocità di 300 chilometri al secondo. Greason ha esaminato le principali sfide progettuali emerse durante la progettazione concettuale, ha esaminato lo stato attuale e ha discusso i possibili passaggi successivi.
Jeff Greason è un imprenditore e innovatore con 25 anni di esperienza nel settore spaziale commerciale. È il capo tecnologo di Electric Sky, che sviluppa energia wireless a lungo raggio per la propulsione e altri scopi; e Presidente della Fondazione Tau Zero, che sviluppa tecnologie di propulsione avanzate per il sistema solare e le missioni interstellari. È stato attivo nello sviluppo della regolamentazione dello spazio commerciale e ha fatto parte della Commissione presidenziale Augustine nel 2009. Jeff è stato co-fondatore di XCOR Aerospace e ha ricoperto il ruolo di CEO dal 1999 all'inizio del 2015. In precedenza, è stato a capo del team dei motori a razzo presso Rotary Rocket e responsabile tecnico dello sviluppo della tecnologia dei chip presso Intel. Detiene 28 brevetti statunitensi e ha recentemente pubblicato articoli su nuovi concetti di propulsione spaziale. È anche governatore della National Space Society.
Brian Wang è un leader del pensiero futurista e un popolare blogger scientifico con 1 milione di lettori al mese. Il suo blog Nextbigfuture.com è al primo posto tra i blog di notizie scientifiche. Copre molte tecnologie e tendenze dirompenti tra cui spazio, robotica, intelligenza artificiale, medicina, biotecnologia anti-invecchiamento e nanotecnologia.
Noto per l'identificazione di tecnologie all'avanguardia, è attualmente co-fondatore di una startup e raccolta fondi per aziende ad alto potenziale in fase iniziale. È Head of Research for Allocations for Deep Technology Investment e Angel Investor presso Space Angels.
Frequentatore di aziende, è stato speaker TEDx, speaker della Singularity University e ospite in numerose interviste per radio e podcast. È disponibile a parlare in pubblico e ad assumere incarichi di consulenza.
