Como señalan Jay Wacker y Vincent Emery, en [math] v = 0.5 \, c [/ math], suministrar la energía cinética de la carga útil solo requeriría el 15.5% de la energía de masa de la carga útil, lo que para una nave espacial de varias toneladas suficiente para transportar a una persona equivale a semanas de nuestra producción actual de energía global. ¡Pero esa es la parte fácil!
La parte difícil de los viajes de muy alta velocidad implica la conservación del impulso: algo debe llevar un impulso opuesto para equilibrar lo que se le dio a la carga útil. Y debemos proporcionar la energía (y posiblemente la masa) asociada con ese impulso de equilibrio.
Esto se puede hacer con
- ¿Hay algún agujero de bucle en la teoría de la relatividad especial o general de Einstein?
- En un movimiento de proyectil, ¿aterriza un objeto con la misma velocidad que la velocidad a la que fue arrojado?
- ¿Podemos detectar la velocidad de un objeto si su velocidad es mayor que C (teóricamente hablando)?
- Si la velocidad de la luz varía según el medio por el que se mueve, ¿esto también es cierto para la velocidad de la gravedad?
- ¿Cómo funciona la relatividad cuando 2 objetos están en el mismo marco de descanso pero el espacio entre ellos se expande?
- un cohete clásico: la carga útil se acelera al transportar combustible, arrojando el combustible hacia atrás (como “masa de reacción” cuyo impulso es equilibrado por el cohete), utilizando la energía contenida en el combustible. Pero como han explicado muchas fuentes, incluido Jack Fraser, con la tecnología actual (velocidad de escape [matemáticas] I \ sim 5 \, \ text {km / s} = 1.7 \ veces 10 ^ {- 5} c [/ matemáticas]), usted necesita una cantidad exponencialmente grande de masa de reacción para alcanzar alta velocidad; la masa de combustible de todo el universo observable no nos acercará ni siquiera a [matemática] 0.5 c [/ matemática]. Necesitamos desarrollar un escape de mayor velocidad (motores de iones) o mejor aún el escape de fotones. Eso sugiere un cohete antimateria, pero incluso si la antimateria pudiera estar contenida antes y durante el uso, es un gran desafío teórico y de ingeniería enviar sus fotones y piones de aniquilación en un haz colimado, o incluso más hacia atrás que hacia adelante. La carga útil también necesitaría muchas toneladas de protección contra la radiación. Incluso si todo eso se pudiera hacer con cero ineficiencia, una carga útil [matemática] m [/ matemática] se aceleró a [matemática] c / 2 [/ matemática] así que [matemática] \ gamma = 2 / \ sqrt {3} = 1.155 [ / math] llevará [math] p = m \ gamma c / 2 [/ math], por lo que junto con la carga útil habrá fotones de escape que transporten el momento opuesto y también energía [math] E = pc = (\ gamma / 2 ) mc ^ 2 = 0.577 mc ^ 2 [/ math] para agregar a la energía cinética de la carga útil [math] 0.155 [/ math] [math] mc ^ 2 [/ math].
- Energía externa: la carga útil lleva consigo la masa de reacción, pero usa energía externa (como la solar o un láser que se queda en casa) para acelerar la masa de reacción. Todavía necesita una cantidad exponencialmente grande de masa de reacción.
- Energía externa y combustible: mientras está en vuelo, la carga útil recoge combustible externo y energía externa (como en un ramjet Bussard, una vela solar o un espejo con láser que se queda en casa). Al menos de esta manera, podría omitir la masa de reacción exponencialmente grande. Sin embargo, para materiales reflectantes de densidad razonable (toneladas por kilómetro cuadrado), una vela solar por sí sola no puede exceder mucho [matemática] 10 ^ {- 3} c [/ matemática] antes de alejarse demasiado del sol.
Alcanzar [matemática] 0.5 c [/ matemática] por cualquiera de estos métodos enfrenta desafíos actualmente insuperables. El láser que se queda en casa podría alcanzar el requisito de energía “solo 57.7% + 15.5%”. Incluso podría ser más eficiente energéticamente, si parte del haz reflejado de la carga útil pudiera ser interceptado y reciclado: si se interceptara al 100%, el impulso de equilibrio iría a todo el planeta o la luna que alberga el sistema de lanzamiento, impartiendo una energía de retroceso insignificante [matemáticas] E_r = p ^ 2 / (2M_ \ text {planet}) [/ math]. Por otro lado, necesitaríamos enfocar el láser con un espejo ópticamente perfecto a muchos kilómetros de ancho, y la nave espacial necesitaría llevar un espejo similarmente grande o al menos un absorbedor para atrapar una gran fracción del rayo de lanzamiento, y más quizás para enfocarlo de nuevo a la fuente de reciclaje. El sistema debería funcionar hasta que la carga útil alcance [matemática] v = c / 2 [/ matemática] a una distancia (no relativista) [matemática] D \ sim \ frac {1} {2} en ^ 2 = v ^ 2 / (2a) = c ^ 2 / (8a) = 0.125 c ^ 2 / a [/ matemática], más exactamente con relatividad [matemática] 0.15 c ^ 2 / a \ aprox 0.15 / (a / g) [/ matemática ] años luz, en aceleración [matemática] a [/ matemática]. Esto parece muy difícil. La óptica de onda requiere que los espejos sean muy grandes; en particular, el espejo de la nave espacial superaría con creces la carga útil para un grosor razonable y una densidad de masa de los materiales del espejo.
La conclusión es que “acelerar un objeto macroscópico a la mitad de la velocidad de la luz requeriría varias tecnologías no disponibles por separado, y los enfoques menos inviables requerirían el 73.2% de la masa de energía de la carga útil, más todas las ineficiencias termodinámicas en la generación y transmisión de energía” .
