שייט גזירה של גלולות רוח- חלקים של מערכת עבור חלליות להגיע ל-25% ממהירות האור

ג'ף גריסון מתאר כיצד לעבור מ-2% ממהירות האור באמצעות דאיית רוח סולארית דינמית ולאחר מכן באמצעות כדורים המונעים מהשמש כדי לעבור מ-2-6% ממהירות האור באמצעות טכנולוגיה קיימת לטווח הקרוב. ב-6% ממהירות האור, החלקיקים בתווך הבין-כוכבי מתקשרים עם החללית כמו מעבר לאנרגיה ברמת היתוך גרעיני. האנרגיה בעוצמה הגבוהה נלקחת ומשמשת להנעה כדי להגיע ל-25% ממהירות האור. מגנט הפלזמה המשמש במהלך שלב הדאייה הדינמי של רוח השמש משמש לבלימה בכוכב המטרה.

אלו הן דרכים חכמות לקחת טכנולוגיות קצרות יחסית כדי להגיע ל-25% ממהירות האור באמצעות בדיקות ואולי אפילו חלליות מאוישות. השיטות להגיע ל-2% ממהירות האור במשך שנתיים הן כל מה שדרוש לנסיעה בתוך מערכת השמש ואפילו החוצה לנקודות עדשות הכבידה המתחילות כתריסר פעמים יותר מפלוטו. יציאה לאזורי עדשות הכבידה תאפשר לטלסקופ קטן להשתמש בשמש כעדשה כדי להפוך לעוצמתית פי 2 מיליארד. אנו יכולים לחקור מראש את כל מערכות השמש תוך 10 שנות אור עם מיליוני טלסקופי חלל. לאחר מכן אנו בוחרים לשלוח בדיקות ממשיות למערכות השמש הטובות ביותר, אותן כבר התחלנו לחקור עם מצפה כוכבים שנשלחו לנקודות צפייה 1000 ימי אור סביב השמש.

השגת האנרגיה הקינטית הנדרשת לטיסה בין-כוכבית בעלות סבירות היא קשה וניצוץ במקורות אנרגיה טבעיים קיימים כמו רוח השמש היא אטרקטיבית להפחתת עלויות. עם זאת, קיים פער במושגים שפורסמו, בכך שמהירויות הרוח הסולאריות מוגבלות ל-~700 קמ"ש, בעוד שאפילו עם מושגים כמו כונן ריאקציה מופעל רוח ('q'-drive), מהירויות של ~5% מ- יש להגיע ל-c לפני שהם יכולים להשתלט. דרך חסכונית למלא את הפער הזה הייתה חסרה.

ניתן לשחרר כדורי נפיחות של אירוגרפיט ליד השמש והם יאיץ לכ-5% ממהירות האור. Aerographite הוא קצף דק במיוחד וקל פי 15,000 מאלומיניום.

מטרה - הדגמת שיטה שבאמצעותה ניתן להשתמש בכדורים אינרטיים, המואצים על ידי רוח השמש, כדי להאיץ חללית ממהירויות רוח סולאריות של עד ~5% מ-c.

שיטות: חישובי פיזיקה קלאסית לתמיכה בפיזיקה הבסיסית והיתכנות הגישה.

תוצאות: כאשר שני זרמי חומר נמצאים בסמיכות אך במהירויות שונות, או כאשר הם נעים באותו חלל אך עם מהירויות שונות ותכונות שונות, ניתן להשתמש בהבדל במהירויות, או גזירת מהירות, כדי להשיג אנרגיה הנעה. זרם של כדורים הנעים בתווך הבין-כוכבי הוא דוגמה למקרה כזה. הנעה באמצעות כדורים היא רעיון שנחקר באמנות הקודמת הדורש כדורים במהירות גבוהה; החילוץ של עבודה שימושית מההבדל במהירות בין הכדורים לבין המדיום הבין-כוכבי מאפשר לספינה לרוץ על הכדורים וגם לשאוב אנרגיה מהמעבר דרך המדיום הבין-כוכבי להשיג אנרגיית הנעה גם כאשר היא מהירה יותר מהכדורים ואפילו כאשר הכדורים. מורכבים ממסת תגובה אינרטית. הפיסיקה הבסיסית של זה נידונה ומשוואות הביצועים ונדון בכך בהקשר של שימוש בכדורים איטיים יחסית (מואצים על ידי רוח שמש), כדי לשלוח חללית לכפולה משמעותית על מהירות הרוח הסולארית. מקרה נוסף שבו חלקיקי מאקרו קטנים ורוח פלזמה נמצאים במהירויות שונות הוא מערכת השמש הפנימית במישור האקליפטיקה, שבה לרוח השמש ולאבק המזלות יש התפלגות מהירות שונה; זה עשוי להציע יישומים נוספים של אותו עיקרון.

Arxiv - מבשר בעלות נמוכה של משימה בין-כוכבית

לחץ הפוטון הסולארי מספק מקור בר-קיימא של דחף עבור חלליות במערכת השמש. תיאורטית זה יכול לאפשר גם משימות בין-כוכביות, אבל נדרשת מסה קטנה ביותר לכל שטח חתך כדי להתגבר על כוח המשיכה של השמש. אנו מזהים אירוגרפיט, קצף סינטטי על בסיס פחמן בצפיפות של 0.18 ק"ג מ-3 (פי 15,000 קל משקל מאלומיניום) כחומר רב-תכליתי להנעה יעילה ביותר עם אור השמש. כדור אירוגרפיט חלול עם עובי קונכייה shl = 1 מ"מ יכול לעבור בין כוכבי עם כניעה לקרינת השמש בחלל הבין-כוכבי. עם השיגור ב-1 AU מהשמש, פגז אירוגרפיט עם shl = 0.5 מ"מ מגיע למסלול של מאדים ב-60 ד' ולמסלולו של פלוטו תוך 4.3 שנים. שחרור של כדור חלול אירוגרפיט, שעובי קליפתו 1 מיקרומטר, ב-0.04 AU (הגישה הקרובה ביותר של ה-Parker Solar Probe) מביא למהירות בריחה של כמעט 6900 ק"מ s-1 ו-185 שנות נסיעה למרחק הקרוב ביותר שלנו. כוכב, פרוקסימה קנטאורי. ניתן היה לראות את חתימת האינפרה-אדום של מפרש אירוגרפיט בגודל מטר עם JWST עד 2 AU מהשמש, מעבר למסלול של מאדים. כדור חלול אירוגרפיט, שעובי קליפתו הוא 100 מיקרומטר, ברדיוס של 1 מ' (5 מ') שוקל 230 מ"ג (5.7 גרם) ויש לו שוליים מסה של 2.2 גרם (55 גרם) כדי לאפשר בריחה בין כוכבית. מרווח המטען הוא פי עשרה מהמסה של החללית, בעוד המטען על רקטות בין-כוכביות כימיות הוא בדרך כלל אלפית ממשקל הרקטה. באמצעות 1 גרם (10 גרם) מהשוליים הללו (למשל, עבור טכנולוגיית תקשורת מיניאטורית עם כדור הארץ), הוא יגיע למסלולו של פלוטו 4.7 שנים (2.8 שנה) לאחר שיגור בין-כוכבי לגובה 1 AU. תקשורת פשטנית תאפשר מחקר של המדיום הבין-פלנטרי וחיפוש אחר כוכב הלכת החשוד, ותשמש כמשימת מקדימה ל-αCentauri. אנו מעריכים עלויות פיתוח של אב-טיפוס של מיליון דולר, מחיר של 1 דולר למפרש, ובסך הכל פחות מ-1000 מיליון דולר כולל השקה לקונספט עם משימה בין-כוכבית.

טכנולוגיה שפותחה בחסות המכון למושגים מתקדמים של נאס"א (NIAC), מגנט הפלזמה, מציעה נתיב לתמרונים בעלי תאוצה גבוהה ברוח השמש, כולל מעברים מהירים לכוכבי לכת חיצוניים ולעדשת הכבידה הסולארית.

הוועדה הטכנית להנעת טיסה גרעינית ועתיד של AIAA מימנה מחקר תכנון רעיוני של משימת הדגמה, JOVE. אם תטוס, JOVE תספק את הדגמת הטיסה הקריטית של טכנולוגיה זו. החללית המונעת על ידי השמש תשקול כ-25 ק"ג ותגיע לצדק תוך שלושה שבועות ותגיע ל-300 ק"מ לשנייה מדהימים. מר גריסון עבר על אתגרי העיצוב המרכזיים שנחשפו במהלך העיצוב הרעיוני, סקר את המצב הנוכחי ודן בשלבים הבאים האפשריים.

ג'ף גריסון הוא יזם וחדשן עם 25 שנות ניסיון בתעשיית החלל המסחרית. הוא הטכנולוג הראשי של אלקטריק סקיי, מפתח כוח אלחוטי ארוך טווח להנעה ולמטרות אחרות; ויו"ר קרן Tau Zero, מפתחת טכנולוגיות הנעה מתקדמות למשימות מערכת השמש ומשימות בין-כוכביות. הוא היה פעיל בפיתוח רגולציה של חלל מסחרי וכיהן בוועדת הנשיאות של אוגוסטינוס בשנת 2009. ג'ף היה מייסד שותף של XCOR Aerospace ושימש כמנכ"ל משנת 1999 ועד תחילת 2015. בעבר, הוא היה ראש צוות מנועי הטילים ב- Rotary Rocket ומנהל הנדסה בפיתוח טכנולוגיית שבבים באינטל. הוא מחזיק ב-28 פטנטים בארה"ב ולאחרונה פרסם מאמרים על תפיסות חדשניות של הנעת חלל. הוא גם מושל של אגודת החלל הלאומית.