Wind Pellet Shear Sailing- Các bộ phận của hệ thống giúp tàu vũ trụ đạt 25% tốc độ ánh sáng

Jeff Greason mô tả cách tăng từ 2% tốc độ ánh sáng bằng cách sử dụng gió mặt trời động tăng vọt và sau đó sử dụng các viên đạn được đẩy từ mặt trời để tăng từ 2-6% tốc độ ánh sáng bằng công nghệ ngắn hạn hiện có. Ở mức 6% tốc độ ánh sáng, các hạt trong môi trường giữa các vì sao tương tác với tàu vũ trụ giống như năng lượng vượt quá mức nhiệt hạch hạt nhân. Năng lượng cường độ cao được lấy và sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy đạt 25% tốc độ ánh sáng. Nam châm plasma được sử dụng trong giai đoạn động lực gió mặt trời tăng vọt được sử dụng để hãm lại ngôi sao mục tiêu.

Đây là những cách thông minh để tận dụng các công nghệ tương đối ngắn hạn nhằm đạt tới 25% tốc độ ánh sáng bằng tàu thăm dò và thậm chí có thể là tàu vũ trụ có người lái. Các phương pháp để đạt tới 2% tốc độ ánh sáng trong 2 năm là tất cả những gì cần thiết cho việc di chuyển trong hệ mặt trời và thậm chí đến các điểm thấu kính hấp dẫn bắt đầu xa hơn Sao Diêm Vương khoảng chục lần. Đi đến các khu vực thấu kính hấp dẫn hãy để một chiếc kính thiên văn nhỏ sử dụng Mặt trời làm thấu kính để trở nên mạnh hơn gấp 10 tỷ lần. Chúng ta có thể khám phá trước tất cả các hệ mặt trời trong vòng 1000 năm ánh sáng bằng hàng triệu kính viễn vọng không gian. Sau đó, chúng tôi chọn gửi các tàu thăm dò thực tế đến các hệ mặt trời tốt nhất mà chúng tôi đã bắt đầu khám phá bằng các đài quan sát được gửi đến các điểm quan sát cách Mặt trời 3 ngày ánh sáng.

Việc đạt được động năng cần thiết cho chuyến bay giữa các vì sao với chi phí phải chăng là điều khó khăn và việc khai thác các nguồn năng lượng tự nhiên hiện có như gió mặt trời là điều hấp dẫn để giảm chi phí. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một lỗ hổng trong các khái niệm được công bố, đó là tốc độ gió mặt trời bị giới hạn ở mức ~700 km/s, trong khi ngay cả với các khái niệm như truyền động phản ứng chạy bằng năng lượng gió ('q'-drive), tốc độ ~5% so với c phải đạt được trước khi họ có thể tiếp quản. Vẫn còn thiếu một cách hiệu quả về mặt chi phí để lấp đầy khoảng trống đó.

Những quả bóng bay Aerographite có thể được thả ra gần mặt trời và chúng sẽ tăng tốc lên khoảng 5% tốc độ ánh sáng. Aerographite là loại xốp siêu mỏng và nhẹ hơn nhôm 15,000 lần.

Mục tiêu - Trình bày một phương pháp trong đó các viên trơ, được tăng tốc bởi gió mặt trời, có thể được sử dụng để tăng tốc tàu vũ trụ từ tốc độ gió mặt trời lên tới ~ 5% c.

Phương pháp: Tính toán vật lý cổ điển để hỗ trợ tính chất vật lý cơ bản và tính khả thi của phương pháp này.

Kết quả: Khi hai dòng vật chất ở gần nhau nhưng có vận tốc khác nhau hoặc khi chúng di chuyển trong cùng một không gian nhưng có vận tốc và tính chất khác nhau, thì sự khác biệt về vận tốc hoặc vận tốc cắt có thể được sử dụng để thu được năng lượng đẩy. Một dòng các hạt di chuyển trong môi trường giữa các vì sao là một ví dụ về trường hợp như vậy. Lực đẩy bằng viên là một ý tưởng được khám phá trong lĩnh vực kỹ thuật trước đó yêu cầu viên tốc độ cao; việc khai thác công hữu ích từ sự khác biệt về tốc độ giữa các viên và môi trường giữa các vì sao cho phép một con tàu chạy qua các viên và cũng lấy năng lượng từ việc đi qua môi trường giữa các vì sao để thu được năng lượng đẩy ngay cả khi nhanh hơn các viên và ngay cả khi các viên bao gồm khối lượng phản ứng trơ. Vật lý cơ bản của vấn đề này cũng như các phương trình hiệu suất sẽ được thảo luận và thảo luận về vấn đề này trong bối cảnh sử dụng các viên đạn tương đối chậm (được tăng tốc bởi gió mặt trời), để đưa tàu vũ trụ tới tốc độ gấp bội đáng kể so với vận tốc gió mặt trời. Một trường hợp khác trong đó các hạt vĩ mô nhỏ và gió plasma có tốc độ khác nhau là hệ mặt trời bên trong trong mặt phẳng hoàng đạo, nơi gió mặt trời và bụi hoàng đạo có sự phân bố vận tốc khác nhau; điều này có thể cung cấp các ứng dụng tiếp theo của cùng một nguyên tắc.

Arxiv – Dự báo chi phí thấp của sứ mệnh liên sao

Áp suất photon mặt trời cung cấp nguồn lực đẩy khả thi cho tàu vũ trụ trong hệ mặt trời. Về mặt lý thuyết, nó cũng có thể thực hiện các sứ mệnh giữa các vì sao, nhưng cần có khối lượng cực nhỏ trên diện tích mặt cắt ngang để vượt qua lực hấp dẫn của mặt trời. Chúng tôi xác định aerographite, một loại bọt làm từ carbon tổng hợp có mật độ 0.18 kg m-3 (nhẹ hơn 15,000 lần so với nhôm) là vật liệu linh hoạt để tạo lực đẩy hiệu quả cao bằng ánh sáng mặt trời. Một quả cầu aerographite rỗng có độ dày vỏ shl = 1 mm có thể di chuyển giữa các vì sao khi chịu bức xạ mặt trời trong không gian liên hành tinh. Khi phóng ở cách Mặt trời 1 AU, một vỏ aerographite có shl = 0.5 mm sẽ đến quỹ đạo Sao Hỏa trong 60 ngày và đến quỹ đạo Sao Diêm Vương trong 4.3 năm. Việc giải phóng một quả cầu rỗng aerographite, có lớp vỏ dày 1 µm, ở mức 0.04 AU (lần tiếp cận gần nhất của Tàu thăm dò Mặt trời Parker) dẫn đến tốc độ thoát gần 6900 km s−1 và 185 năm di chuyển đến khoảng cách gần nhất của chúng ta. ngôi sao Proxima Centauri. Dấu hiệu hồng ngoại của cánh buồm aerographite cỡ mét có thể được quan sát bằng JWST cách Mặt trời tới 2 AU, vượt ra ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa. Một quả cầu rỗng aerographite, có lớp vỏ dày 100 µm, bán kính 1 m (5 m) nặng 230 mg (5.7 g) và có biên độ khối lượng 2.2 g (55 g) để cho phép thoát ra giữa các vì sao. Biên độ tải trọng gấp mười lần khối lượng của tàu vũ trụ, trong khi tải trọng trên tên lửa hóa học giữa các vì sao thường bằng một phần nghìn trọng lượng của tên lửa. Sử dụng 1 g (10 g) biên độ này (ví dụ: đối với công nghệ liên lạc thu nhỏ với Trái đất), nó sẽ chạm tới quỹ đạo của Sao Diêm Vương 4.7 năm (2.8 năm) sau khi phóng liên hành tinh ở 1 AU. Giao tiếp đơn giản sẽ cho phép nghiên cứu môi trường liên hành tinh và tìm kiếm Hành tinh thứ chín bị nghi ngờ, đồng thời sẽ đóng vai trò là sứ mệnh báo trước cho αCentauri. Chúng tôi ước tính chi phí phát triển nguyên mẫu là 1 triệu USD, giá 1000 USD mỗi cánh buồm và tổng chi phí < 10 triệu USD bao gồm cả việc phóng ý tưởng cõng với sứ mệnh liên hành tinh.

Một công nghệ được phát triển dưới sự tài trợ của Viện Khái niệm Tiên tiến (NIAC) của NASA, Nam châm Plasma, mang đến con đường dẫn đến các thao tác gia tốc cao trong gió mặt trời, bao gồm cả việc di chuyển nhanh đến các hành tinh bên ngoài và tới Thấu kính Hấp dẫn Mặt trời.

Ủy ban Kỹ thuật Động cơ Chuyến bay Tương lai và Hạt nhân AIAA đã tài trợ cho một nghiên cứu thiết kế ý tưởng về sứ mệnh trình diễn, JOVE. Nếu được bay, JOVE sẽ cung cấp chuyến bay trình diễn quan trọng của công nghệ này. Tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ nặng khoảng 25 kg và sẽ đến Sao Mộc trong ba tuần với tốc độ đáng kinh ngạc 300 km mỗi giây. Ông Greason đã xem xét những thách thức thiết kế chính được phát hiện trong quá trình thiết kế ý tưởng, xem xét trạng thái hiện tại và thảo luận về các bước tiếp theo có thể thực hiện được.

Jeff Greason là một doanh nhân và nhà đổi mới với 25 năm kinh nghiệm trong ngành vũ trụ thương mại. Ông là Kỹ thuật viên trưởng của Electric Sky, phát triển năng lượng không dây tầm xa cho động cơ đẩy và các mục đích khác; và Chủ tịch Quỹ Tau Zero, phát triển các công nghệ đẩy tiên tiến cho các sứ mệnh hệ mặt trời và liên sao. Ông đã tích cực trong việc xây dựng quy định về không gian thương mại và phục vụ trong Ủy ban Augustine của Tổng thống vào năm 2009. Jeff là người đồng sáng lập XCOR Aerospace và giữ chức Giám đốc điều hành từ năm 1999 đến đầu năm 2015. Trước đây, ông là trưởng nhóm động cơ tên lửa tại Rotary Rocket và giám đốc kỹ thuật phát triển công nghệ chip tại Intel. Ông nắm giữ 28 bằng sáng chế của Hoa Kỳ và gần đây đã xuất bản các bài báo về các khái niệm mới về lực đẩy không gian. Ông cũng là Thống đốc của Hiệp hội Vũ trụ Quốc gia.