Viabilité de la propulsion du régolithe à poutres?
Cette question est inspirée de deux concepts de propulsion d'engins spatiaux existants.
- La propulsion par faisceau implique un engin spatial propulsé par un faisceau quelconque, et un type potentiel de faisceau serait constitué de particules se déplaçant à grande vitesse (par exemple le concept MagBeam ). Cela signifie que l'engin spatial n'aurait pas à transporter sa propre masse de réaction ou son alimentation, il aurait juste besoin d'une voile magnétique pour réfléchir le faisceau de particules, le rendant plus rapide et / ou augmentant sa charge utile. Un inconvénient de l'utilisation d'un faisceau de particules est que l'installation de production de faisceaux subirait un recul et devrait également être ravitaillée.
- La propulsion du régolithe en poudre est similaire à la propulsion ionique, sauf qu'elle implique l'accélération de la poudre solide au lieu des ions. L'isp est inférieur à la propulsion ionique mais la poussée est plus élevée. Et la poudre serait fabriquée en broyant un régolithe lunaire ou astéroïde, ce qui en fait une ressource largement disponible. Cependant, les engins spatiaux utilisant la propulsion de régolithe en poudre devraient toujours transporter leur propre masse de réaction ainsi qu'un moteur et une alimentation électrique.
Il me semble que ces deux concepts pourraient être fusionnés en un seul: "propulsion régolite à poutres". Fondamentalement, vous auriez des installations sur des lunes ou de gros astéroïdes qui transforment le régolithe en poudre et le transmettent au vaisseau spatial. Les engins spatiaux ont de bien meilleures performances que s'ils devaient transporter leur propre masse de réaction, leurs moteurs et leurs alimentations. Les installations de production de faisceaux ont accès à des approvisionnements effectivement infinis de poudre, et la lune / l'astéroïde absorbe le recul de leurs faisceaux.
Serait-ce une méthode utile pour propulser des engins spatiaux interplanétaires? Et sur une note connexe, serait-il viable pour lancer des engins spatiaux au large de la surface de corps sans air comme la Lune de la Terre?
Réponses
Une telle méthode de propulsion aurait des défis extraordinaires avec la visée du faisceau sur des distances interplanétaires . Ignorons le problème de la dispersion du faisceau (qui, supposons-le, a été résolu par la méthode de neutralisation de la charge d'espace de 0xDBFB7). Le problème auquel nous serions maintenant confrontés est la pression du rayonnement solaire et le champ magnétique solaire imprévisible.
Pour la pression de rayonnement, il y a deux effets distincts que nous pouvons considérer, mais ils semblent dépendre de la taille des grains de poussière. En supposant que les grains de poussière sont de taille uniforme, alors les grains seront déformés de l'une des deux manières suivantes: s'ils sont suffisamment gros, ils perdront leur impulsion orbitale et s'ils sont suffisamment petits, ils le gagneront.
Supposons maintenant que les grains de poussière ne voyagent pas de manière relativiste. Ce sont essentiellement de minuscules impacteurs, ils ne peuvent donc pas bouger aussi vite, sinon vous allez simplement anéantir votre vaisseau spatial. S'ils se déplacent si vite, vous auriez besoin d'une plaque ablative massive attachée à l'arrière, auquel cas il existe de bien meilleures options qui ne nécessitent pas de pilotes de masse .
S'ils se déplacent de manière non relativiste et à une vitesse suffisamment faible par rapport à l'engin spatial pour éviter de le faire exploser, alors ils sont essentiellement en orbite autour du soleil. Leurs orbites sont probablement hyperboliques, mais honnêtement, je ne sais pas quelle vitesse serait nécessaire pour maximiser l'énergie tout en minimisant la destruction du vaisseau spatial. Il a été démontré que les grains de poussière interagissent assez peu avec la pression du rayonnement solaire et que cette interaction modifie leur trajectoire.
Maintenant, le soleil n'est pas une ampoule de lumière constante. En conséquence, il est pratiquement impossible de prédire la pression de rayonnement exacte agissant sur le faisceau de poussière à tous les points de sa course et il est donc impossible de le diriger. Bien que le changement réel de trajectoire soit absurdement petit, le vaisseau spatial le serait aussi, donc si nous nous éloignons de quelques mètres, nous perdons au moins l'efficacité de la propulsion.
Cependant, la pression de radiation n'est pas le seul problème. Si les particules de poussière restent chargées, et je ne vois pas pourquoi elles ne le feraient pas, alors elles déplaceraient des particules chargées dans un champ magnétique. Les champs des planètes et du soleil sont incroyablement complexes et dynamiques, et ne peuvent donc pas être prédits pour tous les points sur les orbites de la poussière. La force agissant sur la poussière est donnée par la force de Lorentz , et elle serait probablement assez petite (je n'ai pas vraiment envie d'exécuter les chiffres, donc si quelqu'un veut éditer cette réponse, n'hésitez pas).
Cet effet seul disperserait la poussière, ou du moins rendrait la visée si difficile que votre méthode de propulsion ne serait réalisable que sur de courtes distances.
Donc, en fin de compte, vous ne pourriez pas frapper le vaisseau spatial avec une précision quelconque. Comparé aux méthodes de propulsion laser, qui sont à l'étude et qui n'ont pas ce problème, l'idée ne semble pas que cela fonctionnera très bien.
Comment gardez-vous le faisceau cohérent? Pour accélérer les particules, elles doivent être chargées. Les particules finissent toutes avec une charge positive, alors repoussez-vous les unes les autres une fois qu'elles se sont libérées du champ d'entraînement. Je pense que le faisceau se déploierait rapidement.