Wind Pellet Shear Sailing - Partes do sistema para nave espacial atingirão 25% da velocidade da luz

Jeff Greason descreve como ir de 2% da velocidade da luz usando o vento solar dinâmico e, em seguida, usando pellets impulsionados pelo sol para ir de 2-6% da velocidade da luz usando a tecnologia existente de curto prazo. A 6% da velocidade da luz, as partículas no meio interestelar interagem com a espaçonave como se estivessem além da energia do nível de fusão nuclear. A energia de alta intensidade é captada e usada para impulsionar a propulsão para atingir 25% da velocidade da luz. O ímã de plasma usado durante a fase de subida dinâmica do vento solar é usado para frear na estrela alvo.

Estas são formas inteligentes de utilizar tecnologias de relativamente curto prazo para atingir 25% da velocidade da luz com sondas e possivelmente até naves espaciais tripuladas. Os métodos para chegar a 2% da velocidade da luz ao longo de 2 anos são tudo o que é necessário para viajar dentro do sistema solar e nivelar os pontos das lentes gravitacionais começando cerca de uma dúzia de vezes mais longe do que Plutão. Indo para as áreas das lentes gravitacionais, deixe um pequeno telescópio usar o Sol como lente para se tornar 10 bilhões de vezes mais poderoso. Podemos pré-explorar todos os sistemas solares num raio de milhares de anos-luz com milhões de telescópios espaciais. Optamos então por enviar sondas reais para os melhores sistemas solares que já teremos começado a explorar com observatórios enviados para pontos de observação a 1000 dias-luz ao redor do Sol.

Obter a energia cinética necessária para o voo interestelar de forma acessível é difícil e aproveitar as fontes naturais de energia existentes, como o vento solar, é atraente para reduzir custos. No entanto, existe uma lacuna nos conceitos publicados, na medida em que as velocidades do vento solar são limitadas a ~700 km/s, enquanto mesmo com conceitos como o motor de reação movido a energia eólica ('q'-drive), velocidades de ~5% de c deve ser alcançado antes que eles possam assumir o controle. Falta uma forma económica de preencher essa lacuna.

Bolas de aerografite podem ser liberadas perto do sol e acelerarão até cerca de 5% da velocidade da luz. Aerographite é uma espuma ultrafina e 15,000 vezes mais leve que o alumínio.

Objetivo – Demonstrar um método pelo qual pelotas inertes, aceleradas pelo vento solar, podem ser usadas para acelerar uma espaçonave a partir de velocidades do vento solar de até ~5% de c.

Métodos: Cálculos de física clássica para apoiar a física básica e a viabilidade da abordagem.

Resultados: Quando dois fluxos de matéria estão próximos, mas com velocidades diferentes, ou quando se movem através do mesmo espaço, mas com velocidades e propriedades distinguíveis diferentes, a diferença de velocidades, ou cisalhamento de velocidade, pode ser usada para ganhar energia propulsiva. Uma corrente de pelotas movendo-se através do meio interestelar é um exemplo de tal caso. A propulsão por pellets é uma ideia explorada na técnica anterior que requer pellets de alta velocidade; a extração de trabalho útil da diferença de velocidade entre os pellets e o meio interestelar permite que uma nave passe sobre os pellets e também retire energia da passagem pelo meio interestelar para ganhar energia propulsiva mesmo quando mais rápido que os pellets e mesmo quando os pellets são compostos de massa de reação inerte. A física básica disso é discutida e as equações de desempenho são discutidas no contexto do uso de pelotas relativamente lentas (aceleradas pelo vento solar), para enviar uma espaçonave a um múltiplo substancial da velocidade do vento solar. Outro caso onde pequenas macropartículas e um vento de plasma estão em velocidades diferentes é o sistema solar interno no plano da eclíptica, onde o vento solar e a poeira zodiacal têm distribuições de velocidades diferentes; isso pode oferecer outras aplicações do mesmo princípio.

Arxiv – Precursor de baixo custo de uma missão interestelar

A pressão do fóton solar fornece uma fonte viável de impulso para espaçonaves no sistema solar. Teoricamente, também poderia permitir missões interestelares, mas é necessária uma massa extremamente pequena por área de seção transversal para superar a gravidade solar. Identificamos a aerografita, uma espuma sintética à base de carbono com densidade de 0.18 kg m-3 (15,000 vezes mais leve que o alumínio) como um material versátil para propulsão altamente eficiente com luz solar. Uma esfera oca de aerografita com espessura de casca shl = 1 mm poderia se tornar interestelar após ser submetida à radiação solar no espaço interplanetário. Após o lançamento a 1 UA do Sol, um projétil de aerografite com shl = 0.5 mm chega à órbita de Marte em 60 dias e à órbita de Plutão em 4.3 anos. A liberação de uma esfera oca de aerografita, cuja casca tem 1 µm de espessura, a 0.04 UA (a aproximação mais próxima da Sonda Solar Parker) resulta em uma velocidade de escape de quase 6900 km s-1 e 185 anos de viagem até a distância do nosso mais próximo. estrela, Proxima Centauri. A assinatura infravermelha de uma vela aerografita do tamanho de um metro pode ser observada com o JWST até 2 UA do Sol, além da órbita de Marte. Uma esfera oca de aerografita, cuja casca tem 100 µm de espessura e 1 m (5 m) de raio, pesa 230 mg (5.7 g) e tem uma margem de massa de 2.2 g (55 g) para permitir o escape interestelar. A margem de carga útil é dez vezes a massa da espaçonave, enquanto a carga útil dos foguetes interestelares químicos é normalmente um milésimo do peso do foguete. Usando 1 g (10 g) desta margem (por exemplo, para tecnologia de comunicação em miniatura com a Terra), atingiria a órbita de Plutão 4.7 anos (2.8 anos) após o lançamento interplanetário a 1 UA. Uma comunicação simplista permitiria estudos do meio interplanetário e uma busca pelo suspeito Planeta Nove, e serviria como uma missão precursora de αCentauri. Estimamos os custos de desenvolvimento de protótipos em 1 milhão de dólares, um preço de 1000 dólares por vela e um total de < 10 milhões de dólares, incluindo o lançamento de um conceito nas costas com uma missão interplanetária.

Uma tecnologia desenvolvida sob o patrocínio do Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NIAC), o Íman de Plasma, oferece um caminho para manobras de alta aceleração no vento solar, incluindo trânsitos rápidos para planetas exteriores e para a Lente Gravitacional Solar.

O Comitê Técnico de Propulsão de Voo Nuclear e Futuro da AIAA patrocinou um estudo de projeto conceitual de uma missão de demonstração, JOVE. Se voado, o JOVE forneceria a demonstração crítica de voo desta tecnologia. A espaçonave movida a energia solar pesaria aproximadamente 25 quilos e chegaria a Júpiter em três semanas, atingindo impressionantes 300 quilômetros por segundo. O Sr. Greason examinou os principais desafios de design descobertos durante o projeto conceitual, revisou o estado atual e discutiu possíveis próximos passos.

Jeff Greason é um empreendedor e inovador com 25 anos de experiência na indústria espacial comercial. Ele é o tecnólogo-chefe da Electric Sky, desenvolvendo energia sem fio de longo alcance para propulsão e outros fins; e presidente da Fundação Tau Zero, desenvolvendo tecnologias avançadas de propulsão para o sistema solar e missões interestelares. Ele tem atuado no desenvolvimento da regulamentação espacial comercial e atuou na Comissão Presidencial Augustine em 2009. Jeff foi cofundador da XCOR Aerospace e atuou como CEO de 1999 ao início de 2015. Anteriormente, ele foi líder da equipe de motores de foguete na Rotary Rocket e gerente de engenharia em desenvolvimento de tecnologia de chips na Intel. Ele detém 28 patentes nos EUA e publicou recentemente artigos sobre novos conceitos de propulsão espacial. Ele também é governador da Sociedade Espacial Nacional.