等离子磁铁使用动态飙升达到 2% 的光速

有许多利用太阳风作为推进手段的概念：磁帆、电子帆和等离子磁铁。 所有这些概念主要作为阻力装置工作，因此仅限于等于太阳风的速度（约700公里/秒），产生横向于太阳风局部方向的力（即升力）的能力有限。 需要探索的一个有趣的可能性是动态翱翔：利用两个不同空间区域的风速差异。 众所周知，信天翁和滑翔机都使用这种技术，在风切变区域内外盘旋。 Birch（JBIS，1989）建议这种技术可以通过“MHD Wing”用于星际旅行应用，但没有进一步探讨这个概念。

具有定向等离子体波天线的航天器，可将动量传递到当地行星际或星际介质上，从而在天线上产生力（升力）。 通过反复进行动态翱翔动作，提取能量并获得数倍于太阳风的速度，以达到比太阳风最高速度高十倍的速度，达到光速的约2%。

与太阳风相互作用作为推进手段的概念的发展需要分阶段的实验验证，第一个验证是使用磁性结构进行推进来证明对太阳风的显着阻力。 就引言中回顾的阻力概念的加速而言，等离子磁体似乎是性能最高的，因此等离子磁体技术演示似乎是下一个合乎逻辑的步骤。 最近的一项研究提出了一种小型 16U 立方体卫星演示概念，称为木星观测速度实验 (JOVE)，它可以在从地球发射后仅 6 个月就穿越木星轨道。 乘风等离子磁体技术的另一个应用是演示快速接近太阳引力透镜（SGL）距离（>550AU）。 这项名为“Wind Rider Pathfinder Mission”的研究表明，使用这项技术，在发射后不到 7 年的时间里就可以进入 SGL 地区。 这些突破性的任务将验证可以从太阳风中提取有意义的推进动力，为从风中提取电力用于升力发电的更先进概念奠定基础。

将望远镜发送到太阳引力透镜将使望远镜的可视化能力提高数十亿倍，因为它将观察近百万英里宽的太阳聚焦的光线。 太阳引力透镜望远镜。 在光学或近光学波长下，光的放大量约为 200 亿倍，并且具有同样令人印象深刻的角分辨率。 如果我们能够到达距离太阳 550 个天文单位的这个区域，我们就可以对系外行星进行直接成像。 成像任务具有挑战性，但也是可行的，使用现有或正在积极开发的技术。 在现实条件下，对银河系附近的类地系外行星进行百万像素成像只需要数周或数月的积分时间，而不是之前认为的数年。

该团队一直在研究将一米望远镜发射到比冥王星远约二十倍的地方，以利用太阳引力弯曲光线。 太阳的直径为 865000 英里，是地球的 109 倍。 重力可以让你利用太阳作为一个巨大的光收集器。 我们可以在距离地球 3 光日的地方拍摄其他太阳系中的行星。 这就像我们向另一个太阳系发送了一个探测器。

如果这种方法有效，我们可以在 2030 年代探索其他太阳系。

这种方法建立在由外部动态压力提供动力的推进驱动器的概念之上[所谓的 q 驱动器（Greason，2019）]，但是，在目前的概念中，没有使用机载反作用质量。 通过使用外部发电来加速垂直于车辆上方流动的太阳风中可用的物质，产生的升力比电力提取过程产生的阻力更大。 结果是一种产生升力的机翼，但没有物理结构。 在第 2 节中，详细介绍了这种升力产生机构的工作原理。 在第 3 节中，利用太阳系中可用的高风切变区域开发了潜在的任务概念，即快速（极地）和慢速（赤道）太阳风之间的界面以及太阳风从超音速恢复到超音速的终止激波。亚音速流，达到约 2% c 的速度。

太阳系中的一些结构提供了足够大的风梯度，可以进行动态翱翔操作以提取能量。 这些结构包括但不限于：终止激波、日球层顶、慢太阳风和快太阳风以及行星磁层边界。 虽然这些结构的密度各不相同，但对等离子磁体等阻力装置的分析表明，随着周围密度的降低，车辆周围人工产生的磁层的范围自然会扩大。 具体来说，航天器周围的磁结构将膨胀，直到磁压力与太阳风的动态压力相匹配。 这种效应使得等离子磁铁等装置在从太阳向外移动时几乎受到恒定的阻力。 为了本文分析的目的，我们采用了恒定的阻力值，并且由于产生的升力功率来自阻力装置通过等离子体的运动，因此也采用了恒定的升力值。

车辆（或鸟类）在通过低阻力倾斜机动进入移动气流时会发生弹性碰撞。 当飞行器重新进入静止空气时，它的速度是风流的两倍。 然后在静止的空气中倾斜，车辆可以重新进入风流并再次增加其速度，一遍又一遍地重复该操作，直到阻力损失抵消速度增益并达到最大速度。 最近，遥控滑翔机爱好者通过在没有机载推进力的滑翔机上调用这项技术，实现了超过 850 公里/小时的惊人速度，大约是风速的 10 倍

航天器可以与太空中的电离气体流（太阳风或星际介质）相互作用，以便加速到大于流速的速度。 受到海鸟和滑翔机利用风速差异来获得速度的动态翱翔机动的启发，在所提出的技术中，产生升力的航天器在具有不同风速的日光层区域之间盘旋，在此过程中获得能量不使用推进剂，仅需要适度的机载电力。

在最简单的分析中，航天器运动可以建模为以不同速度运动的介质区域之间的一系列弹性碰撞。 开发了更详细的航天器轨迹模型，以预测潜在的速度增益和根据飞行器的升阻比可能达到的最大速度。 提出了一种升力产生机构，其中从飞行器上方的飞行方向上的流中提取动力，然后用于在横向方向上加速周围介质，产生升力（即垂直于流的力）。 在大面积相互作用上施加小横向速度的情况下，大升阻比值是可能的。 在极低密度的日光层中对大相互作用区域的要求排除了物理翼的使用，但是使用由紧凑的定向天线产生的等离子体波向周围介质传递动量是可行的，其中激发R波、X波、阿尔文波和磁声波似乎是有希望的候选者。 定义了一个概念性任务，其中动态翱翔是在日光层的终止激波上进行的，使航天器能够在发射后两年半内达到接近 2% c 的速度，而无需消耗推进剂。 该技术可能包括多级任务的第一阶段，以实现真正的星际飞行到其他太阳系。

太阳帆是利用太阳发出的免费光子推进技术的第一个例子，但即使是最极端的太阳帆——使用具有最低面密度的最高温度材料（例如气石墨）从太阳附近发射——只能达到 c 的 2%（Heller 等人，2020）； 更传统的太阳帆被限制在 c 的 0.5% 以下（Davoyan 等人，2021）。 最近，Lingam 和 Loeb（Lingam 和 Loeb，2020）研究了天体物理物体（例如大质量恒星、超新星等），这些物体将允许辐射推动的光帆达到 10% c 或更高的速度，但这仍然留下的问题是源自太阳系的人类技术如何实现星际飞行。