Rakétakoncepciókszerkesztés
az összes rakétakoncepciót a rakéta egyenlet korlátozza, amely meghatározza a kipufogógáz sebességének és tömegarányának függvényében rendelkezésre álló jellemző sebességet, a kezdeti (M0, beleértve az üzemanyagot is) a végső (M1, üzemanyag-kimerült) tömeghez viszonyított arányt.
nagyon nagy fajlagos teljesítmény, a tolóerő aránya a jármű teljes tömegéhez szükséges ahhoz, hogy a csillagközi célokat a század alatti időkereten belül elérjék. Néhány hőátadás elkerülhetetlen, és egy hatalmas fűtési terhelést kell megfelelően kezelni.,
így az összes technológia csillagközi rakétakoncepciói esetében kulcsfontosságú mérnöki probléma (ritkán kifejezetten megvitatták) korlátozza a kipufogógázból a járműbe történő hőátadást.
ionhajtómű
az elektromos meghajtás egyik típusa, az űrhajó, mint például a Dawn, ionmotort használ. Egy ionmotorban elektromos energiát használnak a hajtóanyag, általában a gáz xenon töltött részecskéinek létrehozására, amelyek rendkívül nagy sebességre gyorsítják őket., A hagyományos rakéták kipufogási sebességét az üzemanyag molekuláris kötéseiben tárolt kémiai energia korlátozza, ami a tolóerőt körülbelül 5 km/s-ra korlátozza.nagy tolóerőt (körülbelül 10⁶ N) termelnek, de alacsony fajlagos impulzusuk van, ami korlátozza a végsebességüket. Ezzel szemben az ionmotorok alacsony erővel rendelkeznek,de a végsebességet elvben csak az űrhajón rendelkezésre álló elektromos energia korlátozza, valamint a gyorsítandó gázionok. A töltött részecskék kipufogási sebessége 15 km/s-tól 35 km/s-ig terjed.,
maghasadás poweredEdit
Hasadó-electricEdit
Nukleáris-elektromos vagy plazma motorok működési hosszú ideig alacsony tolóerő and powered by hasadási reaktorok, a potenciális sebesség eléréséhez sokkal nagyobb, mint a kémiai vagy nukleáris meghajtású járműveket-termikus rakéták. Az ilyen járművek valószínűleg képesek a napenergia-rendszer feltárására ésszerű utazási időkkel a jelenlegi évszázadon belül. Az alacsony nyomású meghajtásuk miatt a bolygónkon kívüli, mély űrbeli működésre korlátozódnának., Elektromos meghajtású űrhajó meghajtás powered by hordozható áramforrás, mondjuk egy atomreaktor, termelő csak kis gyorsulások, lenne évszázadokig, hogy elérje például 15% – a fénysebesség, így alkalmatlan Csillagközi repülés során egyetlen emberi élettartam.
hasadási-fragmentEdit
hasadási-fragmentum rakéták nukleáris hasadást használnak a hasadási töredékek nagysebességű fúvókáinak létrehozására, amelyeket legfeljebb 12 000 km/s sebességgel bocsátanak ki (7500 mi/s). A hasadással az energiakibocsátás körülbelül 0.,A reaktor teljes tömegenergiájának 1% – A, és a tényleges kipufogási sebességet a fénysebesség körülbelül 5% – ára korlátozza. A maximális sebesség érdekében a reakciótömegnek optimálisan hasadási termékekből, az elsődleges energiaforrás “hamujából” kell állnia, így a tömegarányban nincs szükség további reakciótömegre.
Nuclear pulseEdit
Modern pulzáló hasadási meghajtási koncepció.,
az 1950-es évek végétől az 1960-as évek elejéig végzett munka alapján technikailag lehetséges volt űrhajók építése nukleáris impulzus meghajtású motorokkal, azaz nukleáris robbanások sorozatával. Ez a meghajtórendszer nagyon magas fajlagos impulzus (az űrutazás egyenértékű az üzemanyag-fogyasztással) és nagy fajlagos teljesítmény lehetőségét tartalmazza.
Project Orion csapat tagja Freeman Dyson javasolt 1968-ban egy csillagközi űrhajó segítségével nukleáris impulzus meghajtás használt tiszta deutérium fúziós detonációk egy nagyon magas üzemanyag-burnup frakció., 15 000 km/s kipufogási sebességet és egy 100 000 tonnás űrjárművet mért, amely képes elérni a 20 000 km/s delta-v-t, lehetővé téve a 130 éves Alfa Centauri repülési idejét. A későbbi vizsgálatok azt mutatják, hogy az Orion csillaghajóval működő Teller-Ulam termonukleáris egység által elméletileg elérhető legnagyobb sebesség, feltételezve, hogy a lassulás nem takarít meg üzemanyagot, a fénysebesség 8-10%-a (0,08-0,1 c). Egy atomi (hasadási) Orion elérheti a fénysebesség 3% -5% – át., A fúziós-antianyag katalizált nukleáris impulzusmeghajtóegységekkel működő nukleáris impulzus meghajtású csillaghajó hasonló lenne a 10% – os tartományban, és a tiszta anyag-antianyag megsemmisítő rakéták elméletileg képesek lennének a fénysebesség 50-80% – a közötti sebesség elérésére. Minden esetben megtakarítás üzemanyag lassítására felét a maximális sebességet. A koncepció segítségével egy mágneses vitorla lassítani az űrhajó, ahogy közeledik a cél már tárgyalt alternatívájaként a hajtóanyag, ez lehetővé tenné a hajó, hogy közel a maximális elméleti sebesség., A hasonló elveket alkalmazó alternatív tervek közé tartozik a Project Longshot, a Project Daedalus és a Mini-Mag Orion. A külső nukleáris impulzus meghajtás elve a túlélhető teljesítmény maximalizálása érdekében továbbra is gyakori a csillagközi repülés komoly koncepciói között, külső áramsugár nélkül, valamint a nagyon nagy teljesítményű bolygóközi repülésnél.,
az 1970-es években a Nukleáris Impulzus Meghajtás koncepció tovább finomított a Projekt Daedalus segítségével kívülről indított tehetetlenségi szülés fusion, ebben az esetben a termelő fusion robbanások keresztül tömörítése fúziós üzemanyag pellet magas teljesítményű elektron gerendák. Azóta lézereket, ionnyalábokat, semleges részecskenyalábokat és hiperkinetikus lövedékeket javasoltak nukleáris impulzusok előállítására meghajtási célokra.,
A nukleáris robbanással működő űrhajók fejlesztésének jelenlegi akadálya az 1963-as részleges vizsgálati tilalom, amely magában foglalja a nukleáris eszközök (még a nem fegyver alapú) világűrben történő robbantásának tilalmát. Ezért ezt a szerződést újra kell tárgyalni, bár a jelenleg előrelátható technológiát alkalmazó csillagközi misszió nagyságrendű projektje valószínűleg nemzetközi együttműködést igényel legalább a Nemzetközi Űrállomás méretarányában.,
egy másik kérdés, hogy figyelembe kell venni, lenne a g-erők átadták a gyorsan felgyorsult űrhajó, rakomány, és az utasok belsejében (lásd tehetetlenség tagadás).
Nuclear fusion rocketsEdit
a magfúziós reakciókkal hajtott fúziós rakétáknak elképzelhetően képesnek kell lenniük a fény 10% – ának megfelelő sebesség elérésére, kizárólag energiaügyi megfontolások alapján. Elméletileg számos szakasz képes a járművet önkényesen közelíteni a fénysebességhez. Ezek” elégetnék ” az olyan fényelemeket, mint a deutérium, a trícium, a 3He, a 11b és a 7li. mivel a fúzió körülbelül 0-t eredményez.,A nukleáris üzemanyag tömegének 3-0, 9% – a felszabaduló energiaként energetikailag kedvezőbb, mint a hasadás, amely <az üzemanyag tömegének 0,1%-át bocsátja ki. A potenciálisan energetikailag elérhető maximális kipufogási sebesség ennek megfelelően magasabb, mint a hasadásnál, jellemzően a C 4-10% – A. azonban, a legkönnyebben elérhető fúziós reakciók energiájuk nagy részét nagy energiájú neutronokként bocsátják ki, amelyek jelentős energiaveszteség-forrást jelentenek., Így, bár ezek a fogalmak úgy tűnik, hogy a legjobb (legközelebbi távú) kilátásokat kínálják a legközelebbi csillagokhoz való utazáshoz egy (hosszú) emberi életen belül, továbbra is hatalmas technológiai és mérnöki nehézségekkel járnak, amelyek évtizedek vagy évszázadok óta megoldhatatlanok lehetnek.
Daedalus csillagközi szonda.
a korai tanulmányok közé tartozik a Daedalus projekt, amelyet a brit bolygóközi Társaság 1973-1978-ban végzett, és a Longshot projekt, a NASA és az amerikai Haditengerészeti Akadémia által támogatott hallgatói projekt, amelyet 1988-ban fejeztek be., Egy másik meglehetősen részletes járműrendszert, a” Discovery II ” – t, amelyet a d3he-reakció alapján, de hidrogén reakciótömegként történő felhasználásával terveztek és optimalizáltak a naprendszer feltárására, a NASA Glenn Kutatóközpontjának csapata írta le. A >300 km/s karakterisztikájú sebességet ~1,7•10-3 g gyorsulással éri el, a hajó kezdeti tömege ~1700 metrikus tonna, a hasznos teher frakciója pedig 10% felett van., Bár ezek még mindig messze elmarad a követelmények a csillagközi utazás emberi időkeretet, a tanulmány úgy tűnik, hogy képviselje az ésszerű referenciaérték felé, hogy mi lehet megközelíthető belül több évtizedes, ami nem lehetetlenül túl a jelenlegi state-of-the-art. A koncepció 2,2% – os burnup frakciója alapján ~3000 km/s tiszta fúziós termék kipufogási sebessége érhető el.
antianyag rocketsEdit
egy antianyag rakétának sokkal nagyobb energiasűrűsége és specifikus impulzusa lenne, mint bármely más javasolt rakétaosztálynak. Ha az energiaforrások és a hatékony termelési módszerek segítségével a szükséges mennyiségben antianyag keletkezik, és biztonságosan tárolható, elméletileg több tíz százalékos fénysebességet lehetne elérni., E antianyag meghajtás vezethet, hogy a nagyobb sebesség (>90%, hogy a fény), amely relativisztikus időtorzító volna, egyre inkább észrevehető, így telik az idő lassabb ütemben az utazók által érzékelt egy külső megfigyelő, kétséges, mivel a nagy mennyiségű antianyag, hogy szükséges lenne.
feltételezve, hogy az antianyag előállítása és tárolása megvalósítható, két további kérdést kell megvizsgálni., Először is, a megsemmisülés antianyag, sok az energia elvész, mint a nagy energiájú gamma-sugárzás, különösen is, mint a neutrínók, így csak körülbelül 40% – a mc2 lenne elérhető, ha az antianyag egyszerűen szabad megsemmisíteni a sugárzás termikusan. Ennek ellenére a meghajtáshoz rendelkezésre álló energia lényegesen magasabb lenne, mint a nukleáris fúzió mc2 hozamának ~1%-a, A következő legjobb rivális jelölt.
másodszor, a kipufogógázból a járműbe történő hőátadás valószínűnek tűnik, hogy hatalmas elpazarolt energiát továbbít a hajóba (például 0, 1 g hajó gyorsulása esetén, közelítve a 0-hoz.,3 billió watt / tonna hajótömeg), figyelembe véve az energia nagy részét, amely behatol a gamma sugarakba. Még ha feltételezzük is, hogy árnyékolást biztosítottak a hasznos teher (és a személyzet utasai) védelme érdekében, az energia egy része elkerülhetetlenül felmelegíti a járművet, és ezáltal korlátozó tényezőt jelenthet, ha hasznos gyorsulásokat kell elérni.,
újabban Friedwardt Winterberg azt javasolta, hogy egy anyag-antianyag GeV gamma ray lézer foton rakéta lehetséges relativisztikus proton-antiproton csipet kisülés, ahol a visszarúgás a lézersugár által továbbított Mössbauer hatás az űrhajó.
külső energiaforrással rendelkező rakéták
a külső forrásokból-például lézerből-származó energiájuk energiáját energiagyűjtővel helyettesíthetik, ami jelentősen csökkentheti a hajó tömegét, és sokkal nagyobb utazási sebességet tesz lehetővé. Geoffrey A., Landis egy csillagközi szondát javasolt, amelynek energiáját egy külső lézer szolgáltatja egy bázisállomásról, amely ionhajtóművet táplál.
nem rakéta conceptsEdit
az összes hagyományos rakétahajtási módszer problémája az, hogy az űrhajónak magával kell vinnie az üzemanyagot, így nagyon masszív, a rakéta egyenletének megfelelően. Számos fogalom próbál menekülni ebből a problémából:
RF rezonáns üreges thrusterEdit
a rádiófrekvencia (RF) rezonáns üreghajtómű olyan eszköz, amelyről azt állítják, hogy űrhajó-hajtóműnek számít., 2016-ban a NASA fejlett Meghajtásfizikai laboratóriuma arról számolt be, hogy egy ilyen tesztből kis látszólagos tolóerőt figyeltek meg, ami azóta nem replikált. Az egyik mintát EMDrive-nak hívják. 2002 decemberében a Satellite Propulsion Research Ltd leírt egy működő prototípust, amelynek állítólagos teljes tolóereje körülbelül 0, 02 Newton, amelyet egy 850 W-os üreges magnetron táplál. A készülék csak néhány tucat másodpercig működhetett, mielőtt a magnetron túlmelegedés miatt meghibásodott. Az EMDrive legújabb tesztje arra a következtetésre jutott, hogy nem működik.,
spirális engineEdit
Dr. David Burns NASA tudós 2019-ben javasolt, a spirális motor koncepciója részecskegyorsítót használna a részecskék felgyorsítására a fénysebesség közelében. Mivel az ilyen sebességgel utazó részecskék nagyobb tömeget kapnak, úgy gondolják, hogy ez a tömegváltozás gyorsulást okozhat. Burns szerint az űrhajó elméletileg elérheti a fénysebesség 99% – át.
Interstellar ramjetsEdit
1960-ban Robert W., Bussard javasolta a Bussard ramjet-et, egy fúziós rakétát, amelyben egy hatalmas gombóc összegyűjtené a diffúz hidrogént a csillagközi térben,” égeti ” repülés közben egy proton–proton láncreakció segítségével, majd kiutasítja hátulról. A pontosabb becslésekkel végzett későbbi számítások azt sugallják, hogy a keletkező tolóerő kisebb lesz, mint az esetleges elképzelhető lapáttervezés által okozott húzás. Az ötlet azonban vonzó, mert az üzemanyagot útközben gyűjtik (az energiatermelés fogalmával arányosan), így a vízi jármű elméletileg felgyorsulhat a fénysebesség közelébe., A korlátozás oka, hogy az a tény, hogy a reakció csak felgyorsítja a hajtóanyag, hogy 0.12 c. Így húzza a fogása csillagközi por, valamint a tolóerő gyorsul, hogy ugyanaz a por, hogy 0.12 c lenne ugyanaz, ha a sebesség 0.12 c, megakadályozza a további gyorsulás.
sugárzott propulziószerkesztés
ez az ábra Robert L. Forward azon tervét szemlélteti, hogy lassítson egy csillagközi fényvitorlát a csillagrendszer rendeltetési helyén.,
Egy könnyű vitorla, vagy mágneses vitorlával hajtott egy hatalmas lézer-vagy részecskegyorsító a haza csillag rendszer potenciálisan elérje még nagyobb sebességgel, mint a rakéta – vagy impulzus meghajtás módszer, mert ez nem kell, hogy készítsen saját reakció tömeg, ezért csak akkor kell gyorsítani a hajó rakományát. Robert L. Forward javaslatot tett egy 30 kilométeres csillagközi fényvitorla lassítására a célcsillag-rendszerben anélkül, hogy lézeres tömböt kellett volna jelen lennie a rendszerben., Ebben a rendszerben egy 100 kilométeres másodlagos vitorlát telepítenek az űrhajó hátuljára, míg a nagy elsődleges vitorla leválik a vízi járműről, hogy egyedül haladjon előre. A fény visszaverődik a nagy elsődleges vitorlától a másodlagos vitorláig, amelyet a másodlagos vitorla és az űrhajó hasznos terhelésének lassítására használnak. 2002-ben Geoffrey A. Landis, a NASA Glen Kutatóközpontja egy lézerüzemű, meghajtású, vitorláshajót is javasolt,amely egy gyémánt vitorlát (néhány nanométer vastag) üzemeltet a napenergia felhasználásával., Ezzel a javaslattal ez a csillagközi hajó elméletileg képes lenne elérni a fénysebesség 10% – át. Azt is javasolták, hogy sugárhajtású meghajtással gyorsítsák fel az űrhajót, az elektromágneses meghajtást pedig lassítsák; így kiküszöbölve azt a problémát, amelyet a Bussard ramjet a gyorsulás során előállított húzással okozott.,
a mágneses vitorla a rendeltetési helyén is lassulhat anélkül, hogy a rendeltetési rendszerben szállított üzemanyagtól vagy távolsági fénytől függne, a célcsillag és a csillagközi közeg napszélében található plazmával való kölcsönhatás révén.
az alábbi táblázat néhány példakoncepciót sorol fel, amelyeket a fizikus Robert L. Forward javasolt:
csillagközi utazási katalógus a fotogravitációs asszisztok használatához a teljes leállításhozszerkesztés
az alábbi táblázat Heller, Hippke és Kervella munkáján alapul.,
- az α Cen a és B egymást követő asszisztok mindkét csillagra 75 év utazási időt engedhetnek meg.
- a Lightsail névleges tömeg / felület Arány (σnom) 8,6×10-4 gramm m−2 névleges grafén osztályú vitorla esetén.
- Terület a Lightsail, körülbelül 105 m2 = (316 m)2
- Sebesség akár 37,300 km s−1 (12,5% – os c)
Pre-gyorsított fuelEdit
Elérése start-stop csillagközi utazás-szer kisebb, mint egy emberi életen át szükség tömeg-arányok között 1000 1,000,000, még a közelebbi csillagok. Ezt hatalmas léptékű, többlépcsős járművekkel lehet elérni., Alternatív megoldásként a nagy lineáris gyorsítók meghajthatják az üzemanyagot a hasadási meghajtású űrjárművekhez, elkerülve a rakéta egyenlet korlátait.
elméleti fogalmakszerkesztés
Faster-than-light travelEdit
művész ábrázolása egy hipotetikus féreglyuk indukciós meghajtású űrhajóról, amely lazán alapul Miguel Alcubierre 1994-es” warp drive ” papírján.,
a Tudósok, illetve a szerzők feltételezik, számos módon által, amely lehet, hogy meghaladja a fény sebességét, de még a komoly gondolkodású ilyen erősen spekulatív.
vitatható az is, hogy a fénynél gyorsabb utazás fizikailag lehetséges-e, részben az ok-okozati aggályok miatt: a fénynél gyorsabb utazás bizonyos körülmények között lehetővé teheti a visszafelé történő utazást a speciális relativitáselmélet keretében., Az Általános relativitáselméletben a fénynél gyorsabb utazás javasolt mechanizmusai egzotikus anyag létezését igénylik, és nem ismert, hogy ez elegendő mennyiségben előállítható-e.,
Alcubierre driveEdit
A fizika, a Alcubierre meghajtó alapja egy vita keretében az általános relativitáselmélet, anélkül, hogy a bevezetés a féreglyukak, hogy lehetséges, hogy módosítani téridő olyan módon, amely lehetővé teszi, hogy egy űrhajó utazni egy tetszőlegesen nagy sebesség, amelyet egy helyi bővítése téridő mögött az űrhajó, valamint egy ellenkező összehúzódás elé. Ennek ellenére ez a koncepció megkövetelné az űrhajótól, hogy beépítsen egy egzotikus anyag régiót, vagy a negatív tömeg hipotetikus fogalmát.,
mesterséges fekete lyuk
a csillagközi utazás engedélyezésének elméleti ötlete egy csillaghajó meghajtása mesterséges fekete lyuk létrehozásával és parabolikus reflektor használatával, hogy tükrözze Hawking sugárzását. Bár a jelenlegi technológiai képességeken túl a fekete lyuk csillaghajó bizonyos előnyöket kínál a többi lehetséges módszerhez képest. Ahhoz, hogy a fekete lyuk áramforrásként és motorként működjön, a Hawking-sugárzás energiává és tolóerővé történő átalakítására is szükség van., Az egyik lehetséges módszer magában foglalja a lyuk elhelyezését a hajóhoz csatlakoztatott parabolikus reflektor fókuszpontjában, előremenő tolóerő létrehozásával. Egy kicsit könnyebb, de kevésbé hatékony módszer az lenne, ha egyszerűen elnyelnénk a hajó elülső része felé tartó gamma-sugárzást, hogy tovább nyomjuk, a többi pedig hátulról lőjön ki.
WormholesEdit
a féreglyukak a téridő olyan feltételezett torzulásai, amelyeket a teoretikusok feltételeznek, hogy az univerzum két tetszőleges pontját összekapcsolhatják egy Einstein-Rosen hídon keresztül. Nem ismert, hogy a féreglyukak lehetségesek-e a gyakorlatban., Bár vannak megoldások az általános relativitáselmélet Einstein-egyenletére, amelyek lehetővé teszik a féreglyukakat, az összes jelenleg ismert megoldás valamilyen feltételezést tartalmaz, például a negatív tömeg létezését, amely lehet nem fizikai. Azonban Cramer et al. azt állítják, hogy ilyen féreglyukak keletkezhettek a korai univerzumban, amelyet kozmikus húrok stabilizáltak. A féreglyukak általános elméletét Visser a Lorentzian féreglyukak könyvében tárgyalja.