Существует ряд концепций использования солнечного ветра в качестве средства движения: MagSail, электронный парус и плазменный магнит. Все эти концепции работают преимущественно как тормозные устройства и, таким образом, ограничены скоростями, равными скорости солнечного ветра (~ 700 км/с), с лишь ограниченной способностью генерировать силу, поперечную местному направлению солнечного ветра (т. е. подъемную силу). Интересная возможность, которую предстоит изучить, — это динамическое парение: использование разницы в скорости ветра в двух разных регионах космоса. Известно, что альбатросы и планеры используют эту технику, кружась в регионах сдвига ветра и за их пределами. Берч (JBIS, 1989) предположил, что такую технику можно использовать с помощью «МГД-крыла» для межзвездных путешествий, но не исследовал эту концепцию дальше.
Космический корабль с направленной плазменно-волновой антенной, которая передает импульс местной межпланетной или межзвездной среде, создавая на антенне силу (подъемную силу). Повторяющиеся динамические маневры парения выполняются для извлечения энергии и увеличения скорости, кратной солнечному ветру, для достижения скорости, до десяти раз превышающей максимальную скорость солнечного ветра, и достижения примерно 2% скорости света.
Разработка концепции взаимодействия с солнечным ветром как средства движения потребует поэтапного экспериментального подтверждения, первым из которых будет демонстрация значительного сопротивления солнечному ветру с использованием магнитной структуры для движения. Плазменный магнит, по-видимому, является самым эффективным с точки зрения ускорения концепций сопротивления, рассмотренных во Введении, поэтому демонстрация технологии плазменного магнита может стать следующим логическим шагом. В недавнем исследовании была предложена концепция небольшого демонстрационного куб-спутника размером 16U под названием «Эксперимент по наблюдению за скоростью Юпитера» (JOVE), который мог бы пройти по орбите Юпитера всего через 6 месяцев после запуска с Земли. Еще одним применением технологии ветрового плазменного магнита могла бы стать демонстрация быстрого доступа к солнечной гравитационной линзе (SGL) на расстоянии (>550 а.е.). Исследование под названием Wind Rider Pathfinder Mission показало, что с использованием этой технологии доступ к региону SGL можно получить менее чем через 7 лет с момента запуска. Эти новаторские миссии дадут подтверждение того, что значительная движущая сила может быть извлечена из солнечного ветра, обеспечив основу для более продвинутой концепции извлечения электроэнергии из ветра для генерации подъемной силы.
Отправка телескопов к солнечной гравитационной линзе увеличит возможности визуализации телескопа в миллиарды раз, поскольку он будет смотреть на свет, сфокусированный Солнцем шириной почти в миллион миль. телескоп с солнечной гравитационной линзой. На оптических или околооптических длинах волн усиление света составляет порядка 200 миллиардов раз и имеет столь же впечатляющее угловое разрешение. Если мы сможем достичь этой области, начиная с расстояния 550 а.е. от Солнца, мы сможем выполнить прямую визуализацию экзопланет. Миссия по визуализации сложна, но осуществима с использованием технологий, которые либо уже доступны, либо находятся в активной разработке. В реалистичных условиях для получения мегапиксельных изображений экзопланет земного типа в окрестностях нашей галактики требуются всего лишь недели или месяцы времени интеграции, а не годы, как считалось ранее.
Команда исследовала возможность отправки метровых телескопов примерно в двадцать раз дальше Плутона, чтобы использовать гравитацию Солнца, искажающего свет. Диаметр Солнца составляет 865000 109 миль, что в 3 раз шире Земли. Гравитация позволяет использовать солнце как гигантский коллектор света. Мы можем уйти на расстояние XNUMX световых дней от Земли и получить изображения планет в других солнечных системах. Это было бы похоже на то, как если бы мы отправили зонд в другую Солнечную систему.
Если этот метод сработает, мы сможем исследовать другие солнечные системы в 2030-х годах.
Этот подход основан на концепции пропульсивного привода, приводимого в действие внешним динамическим давлением [так называемый q-привод (Greason, 2019)], однако в настоящей концепции бортовая реактивная масса не используется. Используя внешнюю генерацию энергии для ускорения материи, доступной в солнечном ветре, перпендикулярно потоку над транспортным средством, создается подъемная сила, превышающая по величине сопротивление, создаваемое процессом извлечения энергии. В результате получается своего рода крыло, создающее подъемную силу, но без физической конструкции. В разделе 2 подробно развиты принципы работы этого подъемно-генерирующего механизма. В разделе 3 разрабатываются концепции потенциальных миссий с использованием областей сильного сдвига ветра, имеющихся в Солнечной системе, а именно, границы между быстрым (полярным) и медленным (экваториальным) солнечным ветром и завершающей ударной волной, где солнечный ветер переходит от сверхзвукового к дозвуковой поток, чтобы достичь скоростей ≈2% от c.
Некоторые структуры в Солнечной системе предлагают достаточно большие градиенты ветра для динамичных маневров парения с целью извлечения энергии. К таким структурам относятся, помимо прочего: завершающая ударная волна, гелиопауза, медленный и быстрый солнечный ветер и граница планетарной магнитосферы. Хотя плотность этих структур варьируется, анализ тормозных устройств, таких как плазменный магнит, показал, что протяженность искусственно созданной магнитосферы вокруг транспортного средства естественным образом расширяется по мере уменьшения окружающей плотности. В частности, магнитная структура вокруг космического корабля будет расширяться до тех пор, пока магнитное давление не станет равным динамическому давлению солнечного ветра. Этот эффект делает такие устройства, как плазменный магнит, почти постоянным сопротивлением при движении от Солнца. Для целей анализа в этой статье мы приняли постоянные значения сопротивления, а, поскольку создаваемая подъемная сила возникает в результате движения тормозного устройства через плазму, также постоянные значения подъемной силы.
Транспортное средство (или птица) совершает упругое столкновение при входе в движущийся поток воздуха посредством маневра крена с низким сопротивлением. Когда транспортное средство снова входит в неподвижный воздух, его скорость увеличивается в два раза по сравнению с потоком ветра. После этого накренившись в неподвижном воздухе, транспортное средство может снова войти в поток ветра и снова увеличить свою скорость, повторяя маневр снова и снова, пока потери сопротивления не противодействуют увеличению скорости и не будет достигнута максимальная скорость. Недавно энтузиасты планеров с дистанционным управлением достигли удивительных скоростей, превышающих 850 км/ч, что примерно в 10 раз превышает скорость ветра, применяя эту технику к планерам, не имеющим бортовой двигательной установки.
Космический корабль может взаимодействовать с потоками ионизированного газа в космосе (солнечным ветром или межзвездной средой) с целью разгона до скоростей, превышающих скорость потока. Вдохновленный динамическими маневрами парения, выполняемыми морскими птицами и планерами, в которых разница в скорости ветра используется для увеличения скорости, в предлагаемой методике космический корабль, создающий подъемную силу, кружит между областями гелиосферы, которые имеют разные скорости ветра, набирая при этом энергию. без использования топлива и лишь с скромными требованиями к бортовой мощности.
В простейшем анализе движение космического корабля можно смоделировать как серию упругих столкновений между областями среды, движущимися с разными скоростями. Разрабатываются более подробные модели траектории космического корабля для прогнозирования потенциального прироста скорости и максимальной скорости, которая может быть достигнута с точки зрения аэродинамического качества корабля. Предлагается механизм создания подъемной силы, в котором мощность извлекается из потока над аппаратом в направлении полета и затем используется для ускорения окружающей среды в поперечном направлении, создавая подъемную силу (т. е. силу, перпендикулярную потоку). Показано, что большие значения аэродинамического качества возможны в случае, когда малая поперечная скорость сообщается на большой площади взаимодействия. Требование большой площади взаимодействия при крайне низкой плотности гелиосферы не позволяет использовать физическое крыло, но использование плазменных волн, генерируемых компактной направленной антенной, для передачи импульса окружающей среде возможно при возбуждении R-волны, X-волны, альвеновские волны и магнитозвуковые волны представляются многообещающими кандидатами. Определена концептуальная миссия, в которой динамическое парение осуществляется на завершающей ударной волне гелиосферы, что позволяет космическому кораблю достичь скоростей, приближающихся к 2% c, за два с половиной года запуска без затрат топлива. Этот метод может стать первым этапом многоэтапной миссии по осуществлению настоящего межзвездного полета к другим солнечным системам.
Солнечные паруса — это первый пример технологии движения, в которой используются свободно доступные фотоны, исходящие от Солнца, но даже самые экстремальные солнечные паруса — запускаемые с близкого расстояния от Солнца с использованием материалов с самой высокой температурой и наименьшей поверхностной плотностью (например, аэрографита) — сможет достичь только 2% c (Heller et al., 2020); более традиционные солнечные паруса ограничены менее чем 0.5% C (Давоян и др., 2021). Недавно Лингам и Леб (Lingam and Loeb, 2020) исследовали астрофизические объекты (например, массивные звезды, сверхновые и т. д.), которые позволили бы световому парусу, подталкиваемому радиацией, достигать скоростей 10% от c или выше, но это все еще оставляет проблему того, как человеческие технологии, происходящие из Солнечной системы, могут достичь межзвездного полета.
Брайан Ван - идейный лидер футуризма и популярный научный блоггер с 1 миллионом читателей в месяц. Его блог Nextbigfuture.com занимает первое место среди новостных научных блогов. Он охватывает многие прорывные технологии и тенденции, включая космос, робототехнику, искусственный интеллект, медицину, биотехнологию против старения и нанотехнологии.
Известный тем, что выявляет передовые технологии, он в настоящее время является соучредителем стартапа и сборщиком средств для компаний с высоким потенциалом на ранней стадии. Он является руководителем отдела исследований ассигнований на инвестиции в глубокие технологии и ангел-инвестором в Space Angels.
Часто выступая в корпорациях, он был спикером TEDx, спикером Университета сингулярности и гостем на многочисленных интервью для радио и подкастов. Он открыт для публичных выступлений и консультирования.
