Rüzgar Pellet Kesme Yelkeni - Uzay Aracının Işık Hızının %25'ine Ulaşmasını Sağlayan Sistem Parçaları

Jeff Greason, dinamik güneş rüzgarı süzülerek ışık hızının %2'sinden nasıl çıkılacağını ve ardından mevcut yakın vadeli teknolojiyi kullanarak güneşten fırlatılan parçacıklar kullanılarak ışık hızının %2-6'sına nasıl çıkılacağını anlatıyor. Işık hızının %6'sında, yıldızlararası ortamdaki parçacıklar uzay aracıyla nükleer füzyon seviyesi enerjisinin ötesinde etkileşime girer. Yüksek yoğunluklu enerji alınır ve ışık hızının %25'ine ulaşmak için itici güce güç sağlamak için kullanılır. Güneş rüzgarı dinamik süzülme aşamasında kullanılan plazma mıknatısı, hedef yıldızda fren yapmak için kullanılır.

Bunlar, sondalar ve hatta muhtemelen insanlı uzay araçlarıyla ışık hızının %25'ine ulaşmak için nispeten yakın vadeli teknolojileri kullanmanın akıllıca yollarıdır. 2 yıl içinde ışık hızının %2'sine ulaşma yöntemleri, güneş sistemi içinde ve hatta Plüton'dan yaklaşık bir düzine kat daha uzakta başlayan yerçekimsel mercek noktalarına yolculuk için gerekli olan tek şeydir. Yerçekimsel mercek alanlarına gitmek, küçük bir teleskopun Güneş'i mercek olarak kullanarak 10 milyar kat daha güçlü olmasını sağlar. Milyonlarca uzay teleskopu ile 1000'lerce ışıkyılı uzaklıktaki tüm güneş sistemlerini önceden keşfedebiliyoruz. Daha sonra, Güneş'in etrafında 3 ışık günü uzaklıktaki gözlem noktalarına gönderilen gözlemevleriyle keşfetmeye başladığımız en iyi güneş sistemlerine gerçek sondalar göndermeyi seçiyoruz.

Yıldızlararası uçuş için gereken kinetik enerjiyi uygun maliyetle elde etmek zordur ve güneş rüzgarı gibi mevcut doğal enerji kaynaklarından yararlanmak maliyetleri azaltmak açısından caziptir. Bununla birlikte, yayınlanan konseptlerde, güneş rüzgarı hızlarının ~700 km/s ile sınırlı olması ve rüzgarla çalışan reaksiyon sürücüsü ('q'-drive) gibi konseptlerde bile hızın ~%5'i kadar olması nedeniyle bir boşluk bulunmaktadır. Devralabilmeleri için c'ye ulaşılması gerekiyor. Bu boşluğu doldurmanın uygun maliyetli bir yolu eksikti.

Aerografit kabarcıklar güneşin yakınında serbest bırakılabilir ve ışık hızının yaklaşık %5'ine kadar hızlanırlar. Aerografit ultra ince bir köpüktür ve alüminyumdan 15,000 kat daha hafiftir.

Amaç – Güneş rüzgarı tarafından hızlandırılan atıl topakların, bir uzay aracını güneş rüzgarı hızlarından c'nin ~%5'ine kadar hızlandırmak için kullanılabileceği bir yöntemi göstermek.

Yöntemler: Temel fiziği ve yaklaşımın uygulanabilirliğini destekleyen klasik fizik hesaplamaları.

Sonuçlar: İki madde akışı yakın fakat farklı hızlarda olduğunda veya aynı uzayda ancak farklı hızlarda ve ayırt edilebilir özelliklerde hareket ettiklerinde, hızlardaki fark veya hız kayması, itici enerji elde etmek için kullanılabilir. Yıldızlararası ortamda hareket eden bir parçacık akışı böyle bir duruma örnektir. Topaklarla itme, yüksek hızlı topaklar gerektiren, önceki teknikte araştırılan bir fikirdir; saçmalar ile yıldızlararası ortam arasındaki hız farkından yararlı işin çıkarılması, bir geminin saçmaların üzerinden geçmesine ve ayrıca saçmalardan daha hızlıyken ve hatta saçmalar olduğunda bile itici enerji elde etmek için yıldızlararası ortamdan geçişten enerji çekmesine olanak tanır. inert reaksiyon kütlesinden oluşur. Bunun temel fiziği ve performans denklemleri tartışılıyor ve bunu, bir uzay aracını güneş rüzgarı hızının önemli bir katına göndermek için nispeten yavaş topaklar (güneş rüzgarı tarafından hızlandırılan) kullanma bağlamında tartışıyoruz. Küçük makropartiküllerin ve plazma rüzgarının farklı hızlarda olduğu diğer bir durum, güneş rüzgarı ve zodyak tozunun farklı hız dağılımlarına sahip olduğu ekliptik düzlemindeki iç güneş sistemidir; bu aynı prensibin başka uygulamalarını da sunabilir.

Arxiv – Yıldızlararası bir görevin düşük maliyetli öncüsü

Güneş foton basıncı, güneş sistemindeki uzay aracı için geçerli bir itme kaynağı sağlar. Teorik olarak yıldızlararası görevleri de mümkün kılabilir, ancak güneş çekiminin üstesinden gelmek için kesit alanı başına son derece küçük bir kütleye ihtiyaç vardır. 0.18 kg m−3 yoğunluğa sahip (alüminyumdan 15,000 kat daha hafif) sentetik karbon bazlı bir köpük olan aerografiti, güneş ışığıyla yüksek verimli itiş için çok yönlü bir malzeme olarak tanımlıyoruz. Kabuk kalınlığı shl = 1 mm olan içi boş bir aerografit küre, gezegenler arası uzayda güneş ışınımına maruz kaldığında yıldızlararası hareket edebilir. Güneş'ten 1 AU uzaklıkta fırlatıldığında, shl = 0.5 mm'lik bir aerografit kabuk Mars'ın yörüngesine 60 günde, Plüton'un yörüngesine ise 4.3 yılda ulaşır. Kabuğu 1 µm kalınlığında olan içi boş bir aerografit kürenin 0.04 AU'da (Parker Güneş Probu'nun en yakın yaklaşımı) serbest bırakılması, yaklaşık 6900 km s−1'lik bir kaçış hızına ve en yakınımızdaki mesafeye 185 yıllık bir yolculukla sonuçlanır. yıldızı Proxima Centauri. Bir metre büyüklüğündeki aerografit yelkenin kızılötesi imzası, Mars yörüngesinin ötesinde, Güneş'ten 2 AU'ya kadar JWST ile gözlemlenebilir. Kabuğu 100 µm kalınlığında, 1 m (5 m) yarıçaplı, içi boş bir aerografit küre 230 mg (5.7 g) ağırlığındadır ve yıldızlararası kaçışa izin vermek için 2.2 g (55 g) kütle marjına sahiptir. Yük marjı uzay aracının kütlesinin on katı iken, kimyasal yıldızlararası roketlerdeki yük tipik olarak roketin ağırlığının binde biri kadardır. Bu marjın 1 g'ını (10 g) kullanarak (örneğin, Dünya ile minyatür iletişim teknolojisi için), 4.7 AB'de gezegenler arası fırlatmadan 2.8 yıl (1 yıl) sonra Plüton'un yörüngesine ulaşacaktır. Basit iletişim, gezegenler arası ortamın incelenmesine ve şüpheli Gezegen Dokuz'un araştırılmasına olanak tanıyacak ve αCentauri'ye öncü bir görev olarak hizmet edecek. Prototip geliştirme maliyetinin 1 milyon ABD Doları, yelken başına 1000 ABD Doları tutarında bir fiyat ve gezegenler arası bir misyona sahip sırtlama konseptinin fırlatılması da dahil olmak üzere toplamda < 10 milyon ABD Doları olacağını tahmin ediyoruz.

NASA Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü (NIAC) sponsorluğu altında geliştirilen bir teknoloji olan Plazma Mıknatısı, dış gezegenlere ve Güneş Yerçekimi Merceğine hızlı geçişler de dahil olmak üzere güneş rüzgarında yüksek ivmeli manevralara giden bir yol sunuyor.

AIAA Nükleer ve Gelecekteki Uçuş Tahrik Teknik Komitesi, JOVE adlı bir gösteri misyonunun kavramsal tasarım çalışmasına sponsor oldu. Eğer uçulursa JOVE bu teknolojinin kritik uçuş gösterimini sağlayacak. Güneş enerjisiyle çalışan uzay aracı yaklaşık 25 kilo ağırlığında olacak ve Jüpiter'e üç haftada ulaşacak ve saniyede 300 kilometre gibi şaşırtıcı bir hıza ulaşacak. Bay Greason, kavramsal tasarım sırasında ortaya çıkan temel tasarım zorluklarını gözden geçirdi, mevcut durumu gözden geçirdi ve sonraki olası adımları tartıştı.

Jeff Greason, ticari uzay endüstrisinde 25 yıllık deneyime sahip bir girişimci ve yenilikçidir. Kendisi, itici güç ve diğer amaçlar için uzun menzilli kablosuz güç geliştiren Electric Sky'ın Baş Teknoloji Uzmanıdır; ve güneş sistemi ve yıldızlararası görevler için gelişmiş tahrik teknolojileri geliştiren Tau Zero Vakfı'nın Başkanı. Ticari uzay düzenlemesinin geliştirilmesinde aktif olarak yer aldı ve 2009 yılında Başkanlık Augustine Komisyonu'nda görev yaptı. Jeff, XCOR Aerospace'in kurucu ortağıydı ve 1999'dan 2015'in başlarına kadar CEO olarak görev yaptı. Daha önce, XCOR Aerospace'in roket motoru ekibinin başındaydı. Rotary Rocket ve Intel'de çip teknolojisi geliştirmede mühendislik yöneticisi. 28 ABD patentine sahiptir ve yakın zamanda yeni uzay itiş konseptleri üzerine makaleler yayınlamıştır. Aynı zamanda Ulusal Uzay Topluluğu'nun da Valisidir.