Lebensfähigkeit des Regolithantriebs mit Strahl?
Diese Frage ist inspiriert von zwei bestehenden Antriebskonzepten für Raumfahrzeuge.
- Beim strahlgetriebenen Antrieb wird ein Raumfahrzeug von einem Strahl irgendeiner Art angetrieben, und ein möglicher Strahltyp würde aus Partikeln bestehen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen (z. B. das MagBeam-Konzept ). Dies bedeutet, dass das Raumschiff keine eigene Reaktionsmasse oder Stromversorgung tragen müsste, sondern lediglich ein Magnetsegel benötigt, um den Partikelstrahl zu reflektieren, ihn schneller zu machen und / oder seine Nutzlast zu erhöhen. Ein Nachteil bei der Verwendung eines Partikelstrahls besteht darin, dass die Strahlerzeugungsanlage einen Rückstoß erfahren würde und auch betankt werden muss.
- Der pulverförmige Regolithantrieb ähnelt dem Ionenantrieb, mit der Ausnahme, dass festes Pulver anstelle von Ionen beschleunigt wird. Der ISP ist niedriger als der Ionenantrieb, aber der Schub ist höher. Und das Pulver würde durch Mahlen von Mond- oder Asteroiden-Regolithen hergestellt, was es zu einer weit verbreiteten Ressource macht. Raumfahrzeuge mit pulverisiertem Regolithantrieb müssten jedoch immer noch ihre eigene Reaktionsmasse sowie einen Motor und eine Stromversorgung tragen.
Es scheint mir, dass diese beiden Konzepte zu einem verschmolzen werden könnten: "Regolith-Strahlantrieb". Grundsätzlich hätten Sie Einrichtungen auf Monden oder großen Asteroiden, die Regolith zu Pulver verarbeiten und in Richtung Raumschiff strahlen. Die Raumfahrzeuge haben eine viel bessere Leistung, als wenn sie ihre eigene Reaktionsmasse, Motoren und Stromversorgungen tragen müssten. Die Strahlerzeugungsanlagen haben Zugang zu effektiv unendlichen Pulvervorräten, und der Mond / Asteroid absorbiert den Rückstoß ihrer Strahlen.
Wäre dies eine nützliche Methode, um interplanetare Raumfahrzeuge anzutreiben? Und in einem ähnlichen Zusammenhang, wäre es sinnvoll, Raumschiffe von der Oberfläche luftloser Körper wie dem Erdmond zu starten?
Antworten
Ein solches Antriebsverfahren hätte außerordentliche Herausforderungen, wenn der Strahl über interplanetare Entfernungen gerichtet würde . Ignorieren wir das Problem der Strahldispersion (das, wie wir annehmen, durch die Raumladungsneutralisationsmethode von 0xDBFB7 gelöst wurde). Das Problem, dem wir uns jetzt gegenübersehen würden, ist der Sonnenstrahlungsdruck und das unvorhersehbare solare Magnetfeld.
Für den Strahlungsdruck gibt es zwei unterschiedliche Effekte, die wir berücksichtigen können, die jedoch anscheinend von der Größe der Staubkörner abhängen. Unter der Annahme, dass die Staubkörner eine einheitliche Größe haben, werden die Körner auf zwei Arten vom Kurs abweichen: Wenn sie groß genug sind, verlieren sie den Orbitalimpuls, und wenn sie klein genug sind, gewinnen sie ihn.
Nehmen wir nun an, dass sich die Staubkörner nicht relativistisch bewegen. Sie sind im Grunde genommen winzige Impaktoren, daher können sie sich nicht so schnell bewegen, sonst werden Sie Ihr Raumschiff einfach auslöschen. Wenn sie sich so schnell bewegen, benötigen Sie eine massive Ablativplatte an der Rückseite. An diesem Punkt gibt es viel bessere Optionen, für die keine Massentreiber erforderlich sind .
Wenn sie sich nicht relativistisch und mit einer Geschwindigkeit bewegen, die relativ zum Raumschiff niedrig genug ist, um ein Aufblasen zu vermeiden, umkreisen sie im Wesentlichen die Sonne. Ihre Umlaufbahnen sind wahrscheinlich hyperbolisch, aber ehrlich gesagt weiß ich nicht, welche Geschwindigkeit erforderlich wäre, um die Energie zu maximieren und gleichzeitig die Zerstörung des Raumfahrzeugs zu minimieren. Es wurde gezeigt, dass Staubkörner ziemlich stark mit dem Druck der Sonnenstrahlung interagieren und dass diese Wechselwirkung ihre Flugbahn verändert.
Jetzt ist die Sonne keine konstante Lichtbirne. Infolgedessen ist es praktisch unmöglich, den genauen Strahlungsdruck, der auf den Staubstrahl an allen Punkten seiner Bewegung wirkt, vorherzusagen, und daher ist es unmöglich, ihn zu zielen. Obwohl die tatsächliche Änderung der Flugbahn absurd gering wäre, würde dies auch für das Raumschiff der Fall sein. Wenn wir also nur wenige Meter entfernt sind, verlieren wir zumindest die Antriebseffizienz.
Der Strahlungsdruck ist jedoch nicht das einzige Problem. Wenn die Staubpartikel geladen bleiben und ich nicht verstehe, warum sie es nicht tun würden, würden sie geladene Partikel in einem Magnetfeld bewegen. Die Felder der Planeten und der Sonne sind fantastisch komplex und dynamisch und können daher nicht für alle Punkte auf den Umlaufbahnen des Staubes vorhergesagt werden. Die Kraft, die auf den Staub wirkt, wird durch die Lorentz-Kraft angegeben und ist wahrscheinlich ziemlich gering (ich habe nicht wirklich Lust, die Zahlen zu schreiben. Wenn also jemand diese Antwort bearbeiten möchte, fühlen Sie sich frei).
Dieser Effekt allein würde den Staub zerstreuen oder es zumindest so schwer machen zu zielen, dass Ihre Antriebsmethode nur auf kurzen Strecken möglich wäre.
Letztendlich könnten Sie das Raumschiff also nicht genau treffen. Im Vergleich zu Laserantriebsmethoden, die untersucht werden und bei denen dieses Problem nicht auftritt, klingt die Idee nicht so, als würde sie sehr gut funktionieren.
Wie hält man den Strahl kohärent? Um die Partikel zu beschleunigen, müssen sie aufgeladen werden. Die Partikel sind alle positiv geladen, stoßen Sie sich also gegenseitig ab, sobald sie frei vom Antriebsfeld sind. Ich denke, der Strahl würde sich schnell auffächern.