Zdolność napędu belkowego regolitu?
To pytanie zostało zainspirowane dwoma istniejącymi koncepcjami napędu statków kosmicznych.
- Napęd napędzany wiązką polega na tym, że statek kosmiczny jest napędzany przez jakąś wiązkę, a jeden potencjalny typ wiązki składałby się z cząstek poruszających się z dużą prędkością (np. Koncepcja MagBeam ). Oznacza to, że statek kosmiczny nie musiałby przenosić własnej masy reakcyjnej ani źródła zasilania, wystarczyłby żagiel magnetyczny, aby odbijać wiązkę cząstek, przyspieszając go i / lub zwiększając jego ładowność. Wadą korzystania z wiązki cząstek jest to, że urządzenie wytwarzające wiązkę doświadczyłoby odrzutu i również wymagałoby tankowania.
- Napęd sproszkowanego regolitu jest podobny do napędu jonów, z tym wyjątkiem, że obejmuje przyspieszanie stałego proszku zamiast jonów. ISP jest niższe niż napęd jonowy, ale ciąg jest wyższy. Proszek byłby wytwarzany przez zmielenie księżycowego lub asteroidalnego regolitu, co czyni go powszechnie dostępnym zasobem. Jednak statki kosmiczne wykorzystujące napęd ze sproszkowanego regolitu nadal musiałyby przenosić własną masę reakcyjną oraz silnik i źródło zasilania.
Wydaje mi się, że te dwie koncepcje można by połączyć w jedno: „napęd belkowy-regolit”. Zasadniczo miałbyś obiekty na księżycach lub dużych asteroidach, które przetwarzają regolit w proszek i przesyłają go w kierunku statku kosmicznego. Statki kosmiczne mają znacznie lepsze osiągi, niż gdyby musiały przenosić własną masę reakcyjną, silniki i zasilacze. Obiekty produkujące promienie mają dostęp do efektywnie nieskończonych zapasów prochu, a księżyc / asteroida absorbuje odrzut swoich promieni.
Czy byłaby to użyteczna metoda napędzania statku międzyplanetarnego? A w związku z tym, czy byłoby opłacalne wystrzelenie statku kosmicznego z powierzchni ciał pozbawionych powietrza, takich jak Księżyc?
Odpowiedzi
Taka metoda napędu wiązałaby się z niezwykłymi wyzwaniami przy kierowaniu wiązki na odległości międzyplanetarne . Pomińmy kwestię rozpraszania wiązki (którą, załóżmy, rozwiązano metodą neutralizacji ładunków przestrzennych 0xDBFB7). Problem, z którym teraz musielibyśmy się zmierzyć, to ciśnienie promieniowania słonecznego i nieprzewidywalne słoneczne pole magnetyczne.
W przypadku ciśnienia radiacyjnego można wziąć pod uwagę dwa różne efekty, ale wydaje się, że zależą one od wielkości ziaren pyłu. Zakładając, że ziarenka pyłu są jednakowej wielkości, wówczas ziarna te będą się zachowywać na jeden z dwóch sposobów: jeśli będą wystarczająco duże, stracą pęd orbitalny, a jeśli będą dostatecznie małe, to zyskają.
Załóżmy teraz, że ziarna pyłu nie podróżują relatywistycznie. Są to w zasadzie małe impaktory, więc nie mogą poruszać się tak szybko, bo inaczej po prostu zniszczysz swój statek kosmiczny. Jeśli poruszają się tak szybko, potrzebujesz masywnej płyty ablacyjnej przymocowanej z tyłu, w którym to momencie istnieją znacznie lepsze opcje, które nie wymagają sterowników masowych .
Jeśli poruszają się nierelatywistycznie i z wystarczająco małą prędkością względem statku kosmicznego, aby uniknąć jego wysadzenia, to w zasadzie krążą wokół Słońca. Ich orbity są prawdopodobnie hiperboliczne, ale szczerze mówiąc nie wiem, jaka prędkość byłaby wymagana, aby zmaksymalizować energię, jednocześnie minimalizując zniszczenie statku kosmicznego. Zostało pokazane , że ziarna pyłu interakcję z ciśnieniem promieniowania słonecznego sporo, i że ta interakcja zmienia swoją trajektorię.
Teraz słońce nie jest stałą żarówką światła. W rezultacie praktycznie niemożliwe jest przewidzenie dokładnego ciśnienia promieniowania działającego na wiązkę pyłu we wszystkich punktach jej przemieszczania, a zatem niemożliwe jest jego wycelowanie. Chociaż rzeczywista zmiana trajektorii byłaby absurdalnie mała, tak samo jak statek kosmiczny, więc jeśli oddalimy się nawet o kilka metrów, przynajmniej stracimy sprawność napędu.
Jednak ciśnienie promieniowania nie jest jedynym problemem. Gdyby cząsteczki pyłu pozostały naładowane, a nie rozumiem, dlaczego tak się nie dzieje, to poruszałyby się naładowane cząstki w polu magnetycznym. Pola planet i Słońca są fantastycznie złożone i dynamiczne, w związku z czym nie można ich przewidzieć dla wszystkich punktów na orbitach pyłu. Siła działająca na pył jest podawana przez siłę Lorentza i prawdopodobnie byłaby dość mała (nie mam ochoty na bieganie po liczbach, więc jeśli ktoś chce edytować tę odpowiedź, nie krępuj się).
Sam ten efekt rozproszyłby pył lub przynajmniej utrudniłby celowanie, tak że metoda napędu byłaby możliwa tylko na krótkich dystansach.
Więc ostatecznie nie byłbyś w stanie trafić statku kosmicznego z jakąkolwiek dokładnością. W porównaniu z badanymi metodami napędu laserowego, które nie mają tego problemu, pomysł nie wygląda na to, że będzie działał zbyt dobrze.
Jak utrzymujesz spójność wiązki? Aby przyspieszyć cząsteczki, należy je naładować. Wszystkie cząstki mają ładunek dodatni, więc odpychaj się, gdy uwolnią się od pola napędowego. Myślę, że wiązka szybko się rozwinie.