Існує ряд концепцій використання сонячного вітру як засобу руху: MagSail, e-sail і плазмовий магніт. Усі ці концепції працюють переважно як опорні пристрої і, таким чином, обмежені швидкостями, що дорівнюють швидкості сонячного вітру (~700 км/с), з лише обмеженою здатністю генерувати силу, поперечну місцевому напрямку сонячного вітру (тобто підйомну силу). Цікавою можливістю для вивчення є динамічне ширяння: використання різниці у швидкості вітру в двох різних регіонах простору. Відомо, що альбатроси та планери використовують цю техніку, кружляючи в областях зсуву вітру та поза ними. Берч (JBIS, 1989) припустив, що така техніка може бути використана через «MHD Wing» для міжзоряних подорожей, але не досліджував концепцію далі.
Космічний корабель із спрямованою антеною плазмової хвилі, яка передає імпульс місцевому міжпланетному або міжзоряному середовищу, створюючи силу на антену (підйомну силу). Повторювані динамічні ширяючі маневри здійснюються для отримання енергії та збільшення швидкості, кратної швидкості сонячного вітру, щоб досягти швидкості, яка в десять разів перевищує максимальну швидкість сонячного вітру та досягає приблизно 2% швидкості світла.
Розробка концепції взаємодії з сонячним вітром як засобу руху потребує експериментальної перевірки поетапно, першою з яких буде демонстрація значного опору сонячного вітру з використанням магнітної структури для руху. Плазмовий магніт, здається, є найефективнішим з точки зору прискорення опору, розглянутих у Вступі, тому демонстрація технології плазмового магніту буде наступним логічним кроком. Нещодавнє дослідження запропонувало невелику концепцію демонстрації cubesat розміром 16U під назвою Jupiter Observing Velocity Experiment (JOVE), яка могла б пройти через орбіту Юпітера лише через 6 місяців після запуску з Землі. Іншим застосуванням технології плазмового магніту, що керує вітром, буде демонстрація швидкого доступу до відстані сонячної гравітаційної лінзи (SGL) (>550 а.о.). Дослідження під назвою Wind Rider Pathfinder Mission показало, що доступ до регіону SGL можна отримати менш ніж за 7 років після запуску за допомогою цієї технології. Ці новаторські місії забезпечать підтвердження того, що суттєву пропульсивну потужність можна отримати з сонячного вітру, забезпечивши основу для більш просунутої концепції вилучення електроенергії з вітру для генерації підйомної сили.
Надсилання телескопів до сонячної гравітаційної лінзи збільшило б можливості візуалізації телескопа в мільярди разів, оскільки він дивився б на світло, сфокусоване сонцем шириною майже мільйон миль. сонячний гравітаційний лінзовий телескоп. На оптичних або майже оптичних довжинах хвиль посилення світла становить близько 200 мільярдів разів і має настільки ж вражаючу кутову роздільну здатність. Якщо ми зможемо досягти цього регіону, починаючи з 550 астрономічних одиниць від Сонця, ми зможемо виконати пряме зображення екзопланет. Місія створення зображень є складною, але здійсненною, використовуючи технології, які або вже доступні, або знаходяться в стадії розробки. За реалістичних умов для створення мегапіксельних зображень екзопланет, схожих на Землю, у наших галактичних сусідах потрібні лише тижні або місяці часу інтеграції, а не роки, як вважалося раніше.
Команда досліджувала надсилання метрових телескопів приблизно в двадцять разів далі, ніж Плутон, щоб використовувати силу тяжіння сонячного світла. Розмір Сонця становить 865000 109 миль, що в 3 разів ширше за Землю. Гравітація дозволяє вам використовувати сонце як гігантський колектор світла. Ми можемо віддалятися від Землі на XNUMX світлові дні та знімати планети в інших сонячних системах. Це було б ніби ми відправили зонд в іншу сонячну систему.
Якщо цей метод спрацює, ми зможемо досліджувати інші сонячні системи в 2030-х роках.
Цей підхід ґрунтується на концепції пропульсивного приводу, який живиться від зовнішнього динамічного тиску [так званий q-привід (Greason, 2019)], однак у цій концепції бортова реактивна маса не використовується. Використовуючи зовнішню генерацію енергії для прискорення матерії, наявної в сонячному вітрі, перпендикулярно потоку над транспортним засобом, створюється підйомна сила, яка за величиною перевищує опір, створений процесом вилучення енергії. Результатом є тип крила, що створює підйомну силу, але без фізичної структури. У розділі 2 детально розроблено принципи роботи цього механізму, що генерує підйомну силу. У Розділі 3 розробляються потенційні концепції місії з використанням областей із сильним зсувом вітру, доступних у Сонячній системі, а саме межі між швидким (полярним) і повільним (екваторіальним) сонячним вітром і поштовхом припинення, де сонячний вітер повертається з надзвукового на дозвуковий потік, щоб досягти швидкостей ≈2% c.
Кілька структур у Сонячній системі пропонують досить великі градієнти вітру для динамічних ширяючих маневрів для отримання енергії. Такі структури включають, але не обмежуються ними: ударна хвиля закінчення, геліопауза, повільний і швидкий сонячний вітер і межа планетарної магнітосфери. Хоча щільність цих структур змінюється, аналіз пристроїв опору, таких як плазмовий магніт, показав, що розмір штучно створеної магнітосфери навколо транспортного засобу природним чином розширюється зі зменшенням щільності навколишнього середовища. Зокрема, магнітна структура навколо космічного корабля буде розширюватися, поки магнітний тиск не збігається з динамічним тиском сонячного вітру. Цей ефект робить такі пристрої, як плазмовий магніт, майже постійним опором, коли вони рухаються назовні від Сонця. Для цілей аналізу в цій статті ми прийняли постійні значення опору, а також постійні значення підйомної сили, оскільки генерована підйомна сила походить від руху пристрою опору через плазму.
Транспортний засіб (або птах) виконує пружне зіткнення під час входу в рухомий потік повітря за допомогою маневру низького опору. Коли транспортний засіб повертається в спокійне повітря, він набирає вдвічі більшої швидкості, ніж потік вітру. Після того, як крениться в спокійному повітрі, транспортний засіб може знову увійти в потік вітру і знову збільшити свою швидкість, повторюючи маневр знову і знову, доки втрати опору не компенсують збільшення швидкості і не буде досягнуто максимальної швидкості. Нещодавно ентузіасти планерів із дистанційним керуванням досягли вражаючих швидкостей понад 850 км/год, що приблизно в 10 разів перевищує швидкість вітру, застосувавши цю техніку на планерах, які не мають бортового двигуна.
Космічний апарат може взаємодіяти з потоками іонізованого газу в космосі (сонячний вітер або міжзоряне середовище), щоб розігнатися до швидкості, що перевищує швидкість потоку. Натхненний динамічними ширяючими маневрами, які виконують морські птахи та планери, в яких різниця у швидкості вітру використовується для збільшення швидкості, у запропонованій техніці космічний корабель, що створює підйомну силу, кружляє між областями геліосфери, які мають різну швидкість вітру, отримуючи енергію в процесі без використання палива та лише з помірними вимогами до бортової потужності.
У найпростішому аналізі рух космічного корабля можна змоделювати як серію пружних зіткнень між областями середовища, що рухаються з різними швидкостями. Розробляються більш детальні моделі траєкторії космічного корабля, щоб передбачити потенційний приріст швидкості та максимальну швидкість, яка може бути досягнута з точки зору коефіцієнта підйомної сили та лобового опору транспортного засобу. Запропоновано механізм створення підйомної сили, у якому потужність витягується з потоку над транспортним засобом у напрямку польоту, а потім використовується для прискорення навколишнього середовища в поперечному напрямку, створюючи підйомну силу (тобто силу, перпендикулярну до потоку). Показано, що великі значення підйомної сили можливі у випадку, коли мала поперечна швидкість подається на велику площу взаємодії. Вимога щодо великої площі взаємодії в надзвичайно низькій щільності геліосфери виключає використання фізичного крила, але використання плазмових хвиль, що генеруються компактною спрямованою антеною, для передачі імпульсу навколишньому середовищу є можливим із збудженням R-хвилі, X-хвилі, хвилі Альвена та магнітозвукові хвилі виглядають як перспективні кандидати. Визначено концептуальну місію, у якій динамічне ширяння виконується на кінцевій поштовху геліосфери, що дозволяє космічному кораблю досягти швидкості, що наближається до 2% від c протягом двох з половиною років після запуску без витрати палива. Ця техніка може містити перший етап багатоетапної місії для досягнення справжнього міжзоряного польоту до інших сонячних систем.
Сонячні вітрила є першим прикладом технології руху, яка використовує вільнодоступні фотони, що виходять від Сонця, але навіть найекстремальніші сонячні вітрила — запущені поблизу Сонця з використанням матеріалів з найвищою температурою та найменшою площинною щільністю (наприклад, аерографіт) — зможе досягти лише 2% c (Heller et al., 2020); більш звичайні сонячні вітрила обмежені менш ніж 0.5% c (Davoyan et al., 2021). Нещодавно Лінгам і Леб (Lingam and Loeb, 2020) досліджували астрофізичні об’єкти (наприклад, масивні зірки, наднові зірки тощо), які дозволяли б радіаційному світловому вітрилу досягати швидкості 10% від c або більше, але це все одно залишає проблему того, як людські технології, що походять із Сонячної системи, можуть досягти міжзоряного польоту.
Брайан Ванг - лідер думок футуристів та популярний науковий блогер із 1 мільйоном читачів на місяць. Його блог Nextbigfuture.com посідає перше місце у блозі «Наукові новини». Він охоплює багато руйнівних технологій та тенденцій, включаючи космос, робототехніку, штучний інтелект, медицину, біотехнології проти старіння та нанотехнології.
Відомий тим, що визначає передові технології, в даний час він є співзасновником стартапу та збирання коштів для потенційних компаній на ранніх етапах. Він є керівником досліджень з питань розподілу інвестицій у глибокі технології та інвестором -ангелом у Space Angels.
Частий доповідач у корпораціях, він був спікером TEDx, спікером Університету Сингулярності та гостем у численних інтерв'ю для радіо та подкастів. Він відкритий для публічних виступів та консультування.
