¿Qué tecnologías debería perseguir la humanidad para abrir verdaderamente la era espacial y propulsar a la humanidad hacia las estrellas?

Sé que algunas personas consideran de mal gusto responder a la propia pregunta, pero el tipo de ideas que tenía y estoy buscando para que la gente publique sobre el centro en torno a cosas como sistemas de propulsión, arquitecturas de misión innovadoras, utilización de recursos in situ y sistemas de financiación.

Algunos ejemplos de temas que encuentro pertinentes a la pregunta e interesantes:

  • Microprocesador y propulsión con energía láser . Esta tecnología es versátil (por ejemplo, se puede usar para alimentar cohetes térmicos o para proporcionar energía eléctrica para motores de plasma o iones a través de rectenna) y tiene un gran potencial para aumentar nuestro alcance en el espacio. Tengo curiosidad por cómo la gente piensa que podría usarse, si es que lo usa. Por ejemplo, Escape Dynamics tenía la intención de construir spaceplanes de microondas de una etapa a órbita térmica, ya que los spaceplanes pueden alcanzar la órbita con menos empuje de despegue que los cohetes debido a los beneficios de una relación de elevación: arrastre en lugar de luchar directamente contra la gravedad. Pero las etapas superiores de los cohetes requieren mucho menos empuje que las etapas de lanzamiento, y son más sensibles al ISP (una pequeña diferencia en el ISP de la etapa superior tiene un gran efecto en la fracción de carga útil, mientras que el ISP de la etapa de lanzamiento tiene menos efecto en la carga útil … ), entonces, ¿qué pasa con impulsar las etapas superiores, o mejor aún, las etapas de transferencia para quemaduras por inyección interplanetaria, con Microwave Beamed Power, ya que aquí es donde mejorar el ISP debería ahorrar la mayor cantidad de dinero? ¿O qué hay de alimentar satélites y estaciones con grandes requisitos de potencia? Los paneles solares de la Estación Espacial Internacional pesan más de 30 toneladas métricas en total, una masa que costaría más de $ 140 millones para lanzar a LEO en un Falcon 9 hoy, y cuesta más del doble que en los vehículos de lanzamiento más caros que realmente se usaron, todo por solo 82 kilovatios de potencia. ¿Qué pasaría si en su lugar se hubiera establecido un sistema para transmitir energía a la ISS y otros satélites a través de transmisores de microondas y rectennas (posiblemente con algunos relés en órbitas más altas para hacer rebotar las microondas en la ISS a medida que se movía a través de su órbita)? ¿Podría la ISS haberse construido más rápido y posiblemente más barato, debido a que no necesita paneles solares en ese caso?
  • Naves cicladoras. Desde que Buzz Aldrin propuso por primera vez la idea de construir Cycler Ships hace décadas, es una idea que ha flotado en los círculos académicos y entusiastas del espacio, pero en realidad nunca ganó mucha atención. Sin embargo, eso no significa que no sea una buena idea, y tengo curiosidad sobre lo que la gente cree que podría hacerse con este enfoque … Una idea que he encontrado particularmente intrigante, por ejemplo, es que un Cycler Ship podría pasar AÑOS solo llegar a su órbita de transferencia interplanetaria sin tripulación a bordo, haciendo uso de asistencias de gravedad, propulsores de plasma, efecto Oberth y maniobras de patada periapsis y demás para ahorrar combustible, y MÁS TARDE, una vez que la Nave Ciclista se balancee por la Tierra en su camino a otro planeta una ventana de transferencia completa más tarde, la tripulación abordaría esa nave …
  • Spaceplanes Sí, programa SKYLON, estoy pensando en ti (el programa británico SKYLON se trata de construir un avión espacial de vanguardia basado en el sistema de motor SABRE, para aquellos que nunca han oído hablar de él …) También recuerdo que Escape Dynamics fue una vez promocionando los beneficios de un avión espacial térmico de microondas. ¿Qué pasa si estas, o alguna otra idea funcionó? ¿Podría garantizar que la humanidad se ramifique a través del Sistema Solar y avance hacia un destino final entre las estrellas?
  • Conductores masivos. En el molde de Star Tram e ideas similares, tenemos Mass Drivers como un sistema de lanzamiento potencial, básicamente cañones de riel gigantes en los que disparas una nave espacial desde el final para que dispare a través de la atmósfera a alta velocidad y eventualmente alcance una trayectoria suborbital … (donde una pequeña etapa superior puede entonces circularizar la órbita). ¿Para qué necesitamos etapas de lanzamiento, cuando simplemente podemos darles a las cargas la mayor parte de la velocidad que necesitarán aquí en la Tierra? ¿Por qué preocuparse por la eficiencia de combustible de varios propulsores cuando puede usar TODO EL PLANETA como masa de trabajo para empujar? Si la tecnología Mass Driver alguna vez se construyera y se diera cuenta, es muy posible que pueda revolucionar el sector espacial con costos de órbita sin precedentes. La naturaleza misma de un controlador masivo, desde una perspectiva financiera, es que paga por construirlo y luego termina (más algunos costos de mantenimiento y operaciones relativamente menores). Hay muy pocos costos, además de la electricidad, para operarlo. Lo que significa que está en su mejor interés financiero vender tantos lanzamientos como sea posible a casi cualquier precio, incluso teniendo ventas ocasionales u ofertas especiales para clientes que no pueden pagar lo que sería el precio normal responsable de pagar la I + D amortizada y costos de construcción: ya que los costos de construcción son “costos hundidos” una vez que se construye, mientras que las capas marginales si se lanzan son muy bajas para un Mass Driver. Entonces, tal vez por razones de mercado y puramente técnicas y logísticas, ¿los Controladores masivos podrían algún día dominar el mercado de lanzamiento, alentando una mayor utilización del espacio a través de sus bajos costos marginales de uso?

De todos modos, estas son solo algunas ideas sobre los tipos de tecnologías y enfoques que me gustaría ver discutidos en mayor detalle aquí. ¿Qué cree la gente que podría ser el aliento que necesita la humanidad? ¿Cómo escaparemos de los sonidos de la gravedad y comenzaremos a utilizar el Sistema Solar a nuestro alrededor de manera más COSTOSA?

La verdadera pregunta es, ¿qué quieres decir con “las estrellas”? Somos capaces de llegar a cualquier planeta en nuestro sistema (más lento o más rápido, dependiendo de qué tan pesado sea el vehículo de lanzamiento, etc.), o si está pensando en llegar a otros sistemas solares.

  1. Alcanzar planetas en nuestro sistema solar (pocos puntos generales):
  • La reutilización es un concepto clave aquí. A menos que tengamos lanzadores reutilizables confiables, los vuelos espaciales serán demasiado caros para poner a las personas “así” en órbita y más allá.
  • Hace unos años, diría que por reutilización necesitamos SSTO. Hoy diría que no, podemos usar fácilmente vehículos de 2 etapas y aterrizar en la primera etapa (SpaceX nos mostró cómo hacerlo). En cuanto a la segunda etapa, mire el orbitador del transbordador espacial, es técnicamente una segunda etapa “reutilizable” (ahora sé que hubo problemas importantes a su alrededor, pero la idea estaba ahí). Entonces, técnicamente somos capaces de diseñar y construir dicho sistema.
  • Crear bases y posiblemente ciudades alrededor del sistema solar requerirá una gran cantidad de recursos y, por lo tanto, dinero. La cantidad requerida probablemente significaría dar a las agencias espaciales un presupuesto del tamaño del ejército de EE. UU. (O más grande). Sin embargo, no es imposible, especialmente si todas las naciones se unieran y se comprometieran por un objetivo tan noble (en tal caso, el presupuesto sería “casi infinito”).

Como tenemos la tecnología disponible hoy (y muy probablemente durante décadas), lo que necesitamos es una voluntad pública de comprometernos con tal acto. El público no parece interesado en la exploración espacial y la expansión espacial, por lo tanto, la cantidad de dinero que va allí es bastante pequeña (la NASA no puede armar SLS en más de una década, mientras que SpaceX diseñó múltiples cohetes y los vuela regularmente) .

  1. Llegando a otros sistemas solares

Cohetes químicos

Según la solicitud del autor en los comentarios (estoy eliminando la sección “altamente filosófica” aquí, y discuto asuntos prácticos). Otros sistemas solares están generalmente lejos, muy lejos. Entonces, supongamos que queremos usar un cohete químico para alcanzar cierta velocidad, se aplica la ecuación de Tsiolkovsi:

[matemáticas] \ delta v = v_e ln \ frac {m_0} {m_1} [/ matemáticas]

Dónde:

  • [matemáticas] m_0 [/ matemáticas] Masa inicial
  • [matemáticas] m_1 [/ matemáticas] Masa final
  • [matemática] v_e [/ matemática] Velocidad de escape
  • [matemáticas] \ delta v [/ matemáticas] Cambio máximo en la velocidad (suponiendo que no haya otras fuerzas externas)

Si intenta enchufar cerca de relativista (o básicamente miles de km / s como nuestro cambio de velocidad), entonces se requeriría una velocidad de escape increíblemente alta para obtener tal velocidad (o masa de inicio extrema (masa del Sol) con muy baja masa final (solo unos pocos kilogramos)).

Cualquier inversión en esta tecnología es básicamente imposible, nunca se alcanzan las velocidades necesarias para llegar a los sistemas solares más cercanos en toda la vida (y de ninguna manera cerca de los efectos relativistas).

Propulsión electromagnética

Concepción artística de la nave espacial Dawn (que fue la primera en utilizar motores Ion en el espacio):

La sonda pesa 750 kg y más de 1.2 toneladas cuando tenía tanques de combustible llenos. Esta cantidad de combustible permitió un cambio de velocidad de más de 10 km / s. Esto se debe a que los motores de iones tienen una velocidad de escape ridículamente alta (puede ser incluso en cientos de km / s).

Técnicamente, los cohetes electromagnéticos podrían alcanzar velocidades de escape aún más altas, siendo potencialmente viables para el viaje interestelar.

Propulsión térmica nuclear

Hubo un proyecto en marcha en los años 70. Básicamente, el hidrógeno se calienta dentro del reactor nuclear a una temperatura muy alta y luego se dispara a través de la boquilla. El impulso específico para dicho combustible es superior a 900 segundos, la velocidad de escape es mayor y el rendimiento es mejor en comparación con los cohetes químicos.

Diría que este podría ser un buen candidato para llegar a Marte y a otro planeta con personas a bordo de esa nave. En cuanto a interestelar, no. Creo que esta es una foto real de una de las pruebas:

Propulsión de pulso nuclear

Los primeros diseños fueron literalmente sobre volar bombas nucleares y usarlas para impulsar naves espaciales. Si bien suena loco, si en realidad podría haber sido una de las mejores tomas de cómo llegar a las estrellas más cercanas.

Hoy en día, los diseños hablan de fusión por confinamiento inercial: compresión de combustible de deuterio-tritio en forma de gránulos con rayos láser. La capa externa calentada explotará hacia afuera, lo que podría crear empuje.

No me atrevo a hablar sobre las velocidades de escape y el rendimiento reales, ya que la investigación aún se encuentra en etapas bastante tempranas.

Velas, láseres, etc.

Es posible propulsar naves espaciales con viento solar o rayos láser de Fe. Esto presenta algunos problemas importantes: si usamos rayos láser para impulsar la sonda al sistema solar más cercano (¡incluso alcanzando velocidades cercanas a la velocidad de la luz!), Hay un gran problema, no tenemos forma de detenernos.

Todo lo que podríamos hacer es tomar datos y enviarlos de vuelta a la Tierra, mientras la sonda continuaría volando “hacia adelante” a través del espacio “para siempre”.

Otros enfoques

Por supuesto, hay otros enfoques, que van desde los prácticos (VASIMR, que es una variante del motor Ion), hasta los propuestos (unidad EM) y algunos que simplemente se basan en teorías (unidad Alcubierre).

Resumen

Si me pregunta en qué deberíamos invertir, diría propulsión electromagnética en poco tiempo, investigue en más tiempo.

La propulsión electromagnética definitivamente nos permitirá viajar dentro del sistema solar (porque nadie quiere viajar entre dos planetas durante 8 meses y esperar 1.5 años para una buena alineación … pero haga que algunas semanas o un mes salgan en 30 días como máximo, de repente eso suena incluso aceptable), y posiblemente enviar sondas en misiones de décadas de duración alrededor del sistema solar. Invertir en esto podría darnos más información sobre la ciencia y permitirnos investigar mejores sistemas de propulsión.

El poder de la fusion. Esta sería la única fuente de energía que podría hacer posible el vuelo interestelar.