Viabilidade da propulsão do regolito com raios?
Esta pergunta é inspirada por dois conceitos de propulsão de espaçonaves existentes.
- A propulsão movida a feixe envolve uma espaçonave sendo impulsionada por um feixe de algum tipo, e um tipo potencial de feixe consistiria em partículas se movendo em alta velocidade (por exemplo, o conceito MagBeam ). Isso significa que a espaçonave não teria que carregar sua própria massa de reação ou fonte de alimentação, bastaria uma vela magnética para refletir o feixe de partículas, tornando-o mais rápido e / ou aumentando sua carga útil. Uma desvantagem de usar um feixe de partículas é que a instalação de produção de feixes experimentaria recuo e também precisaria ser reabastecida.
- A propulsão do regolito em pó é semelhante à propulsão iônica, exceto que envolve a aceleração do pó sólido em vez de íons. O ISP é menor do que a propulsão iônica, mas o empuxo é maior. E o pó seria feito pela trituração do rególito lunar ou asteroidal, tornando-o um recurso amplamente disponível. No entanto, espaçonaves usando propulsão de regolito em pó ainda teriam que carregar sua própria massa de reação mais um motor e fonte de alimentação.
Parece-me que esses dois conceitos poderiam ser fundidos em um: "propulsão de regolito por feixe". Basicamente, você teria instalações em luas ou grandes asteróides que processam o regolito em pó e o transportam para a espaçonave. As espaçonaves têm um desempenho muito melhor do que se tivessem que carregar sua própria massa de reação, motores e fontes de alimentação. As instalações de produção de feixes têm acesso a suprimentos efetivamente infinitos de pólvora, e a lua / asteróide absorve o recuo de seus feixes.
Seria este um método útil de impulsionar espaçonaves interplanetárias? E em uma nota relacionada, seria viável lançar espaçonaves da superfície de corpos sem ar como a Lua da Terra?
Respostas
Esse método de propulsão teria desafios extraordinários com o objetivo do feixe em distâncias interplanetárias . Vamos ignorar a questão da dispersão do feixe (que, vamos supor, foi resolvido pelo método de neutralização de carga espacial de 0xDBFB7). O problema que enfrentaríamos agora é a pressão da radiação solar e o campo magnético solar imprevisível.
Para a pressão de radiação, existem dois efeitos distintos que podemos considerar, mas eles parecem ser dependentes do tamanho dos grãos de poeira. Presumindo que os grãos de poeira sejam de tamanho uniforme, os grãos sairão do curso de uma das duas maneiras: se forem grandes o suficiente, perderão o momento orbital e, se forem pequenos, o ganharão.
Vamos agora presumir que os grãos de poeira não estão viajando relativisticamente. Eles são basicamente impactores minúsculos, então eles não podem se mover tão rápido ou você simplesmente destruirá sua espaçonave. Se eles estão se movendo tão rápido, você precisará de uma placa ablativa maciça fixada na parte traseira, ponto em que existem opções muito melhores que não requerem drivers de massa .
Se eles estão se movendo de forma não relativística e a uma velocidade baixa o suficiente em relação à espaçonave para evitar explodi-la, então eles estão essencialmente orbitando o sol. Suas órbitas são provavelmente hiperbólicas, mas, honestamente, não sei que velocidade seria necessária para maximizar a energia e, ao mesmo tempo, minimizar a destruição da espaçonave. Foi demonstrado que os grãos de poeira interagem bastante com a pressão da radiação solar, e que essa interação muda sua trajetória.
Agora, o sol não é uma lâmpada de luz constante. Como resultado, é praticamente impossível prever a pressão de radiação exata que atua no feixe de poeira em todos os pontos de seu percurso e, portanto, é impossível apontá-lo. Embora a mudança real na trajetória fosse absurdamente pequena, o mesmo aconteceria com a espaçonave, então, se estivermos desviados por alguns metros, pelo menos perderemos a eficiência propulsiva.
No entanto, a pressão da radiação não é o único problema. Se as partículas de poeira permanecerem carregadas, e não vejo por que não o fariam, então estariam movendo partículas carregadas em um campo magnético. Os campos dos planetas e do sol são fantasticamente complexos e dinâmicos e, como tal, não podem ser previstos para todos os pontos nas órbitas da poeira. A força que age sobre a poeira é dada pela força de Lorentz , e provavelmente seria bem pequena (realmente não estou com vontade de calcular os números, portanto, se alguém quiser editar esta resposta, fique à vontade).
Este efeito por si só dispersaria a poeira, ou pelo menos tornaria tão difícil mirar que seu método de propulsão só seria viável em curtas distâncias.
Então, no final das contas, você não conseguiria acertar a nave espacial com precisão. Comparado aos métodos de propulsão a laser, que estão sendo estudados e que não têm esse problema, a ideia não parece funcionar muito bem.
Como você mantém o feixe coerente? Para acelerar as partículas, elas precisam ser carregadas. As partículas acabam todas com carga positiva, então se repelem assim que se libertam do campo de propulsão. Acho que o feixe se espalharia rapidamente.