¿Es posible hacer un cohete ISP ultra alto usando un acelerador lineal de partículas que dispara protones hacia atrás al 99% + de la velocidad de la luz?

Es hipotéticamente posible, pero es un gran avance desde donde estamos actualmente, con un buen motor de iones impulsado por hidrógeno que alcanza velocidades de escape de alrededor del 0.02% de la velocidad de la luz:

(https://en.wikipedia.org/wiki/Ma…)

Sin embargo, imagine que podríamos obtener una salida de energía similar para una masa de motor dada a partir de las unidades de iones existentes (esto es ingenuamente optimista, pero imaginemos por un momento). Un protón requiere aproximadamente 0.01 TeV para alcanzar 0.99 c, mientras que tendría un impulso de aproximadamente 0.5 * 10 ^ -19 kg m / s. La mayoría de los propulsores iónicos operan en el rango de 3 kg de masa del motor por 1 kW de potencia de entrada, así que digamos que tenemos un motor de 90 kg que consume 30 kW de potencia. Esos 30 kW le permitirán acelerar aproximadamente 3 * 10 ^ 13 protones por segundo, con una fuerza de 1.3 * 10 ^ -6 N, o aproximadamente 1 nN.

Ignorando el peso de la fuente de energía y el resto de la nave espacial, su nave aceleraría a 1.4 * 10 ^ -8 m / s ^ 2. Eso es 1.4 nano g. En un año entero de aceleración constante, estarías yendo alrededor de 1 mph. Tomaría alrededor de 15,000 años escapar de la Tierra comenzando en una órbita terrestre baja, excepto que eso no funcionaría porque la resistencia atmosférica es cientos de veces más fuerte que eso.

Irónicamente, en realidad tenemos “motores” relativistas que ya funcionan mucho, mucho mejor que esto, y ni siquiera requieren piezas móviles. Un puntero láser de 1 mW puede producir aproximadamente 3.4 pN de fuerza y ​​pesa aproximadamente 0.01 kg. Ampliarlo (o simplemente atar un montón de ellos en un paquete) a 90 kg proporciona aproximadamente 31 nN de fuerza y ​​un consumo de energía total de 9 vatios. Eso significa que obtienes algo que produce 30 veces para empujar, con menos de una milésima parte del poder. Incluso si asumimos una calificación de eficiencia horrible del sistema de suministro de energía, todavía no hay competencia.

Entonces, si bien su idea es posible, simplemente no tendría ningún sentido. Una vez que se habla de velocidades de escape altamente relativistas, casi cualquier partícula masiva es tan buena como cualquier otra, pero los fotones son aún mejores.

Cualquier cosa que se mueva cerca de la velocidad de la luz tendrá casi el mismo impulso (ver relación Energía-momento – Wikipedia). Entonces, si desea el ISP más alto disponible, lo mejor es el fotón. Y la fuente de fotones simplista es la onda infrarroja emitida por una fuente de calor con un espejo parabólico para enfocar la dirección.

Sin embargo, si genera energía a bordo, la energía que puede generar con una cantidad fija de combustible determina el ISP máximo alcanzable. Si tiene un generador de fusión con una eficiencia del 100%, la energía de la fusión del hidrógeno solo puede impulsar la partícula alfa generada a aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz. El mejor cohete que puedas diseñar tendrá una velocidad de escape del 10% c, y un ISP de 3E + 6.

Si recibe energía del exterior, un espejo que refleja al 100% esa energía tiene un ISP infinito (ya que no perdió nada para ganar empuje).

La respuesta afirmativa a su pregunta es la base del método básico de propulsión en muchas variedades de ciencia ficción (el Ion Drive en Star Wars es el primero que se le viene a la mente).

Personalmente, no conozco la física detrás de esto, pero hace años y años, alguien era lo suficientemente inteligente como para imaginar la posibilidad, si no la teoría. No sé suficiente física para decir si es viable o incluso posible, pero parece una buena idea, solo necesitas la ciencia para que funcione.

More Interesting

Para un objeto masivo que viaja muy cerca de la velocidad de la luz, ¿puede el efecto del principio de incertidumbre permitirle hacer un túnel hacia el otro lado de la barrera de velocidad de la luz y desde qué punto el objeto puede continuar acelerando?

Con respecto a la derivación de la fórmula de dilatación del tiempo en relatividad especial, ¿cuál es la forma matemática de [matemáticas] t ^ 2 = \ frac {c ^ 2 \ cdot t '^ 2} {c ^ 2-v ^ 2} [/ matemáticas] a [matemáticas] t = \ frac {t '} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} [/ matemáticas]?

¿La luz emitida por una bombilla viaja en el vacío, ya que no hay vacío presente en la Tierra?

¿Podemos pensar más allá de la velocidad de la luz?

El porcentaje de error en la medición de masa y velocidad es de 3% y 4% respectivamente. ¿Cuál es el error máximo en la medición de la energía cinética?

¿Está E en E = mc ^ 2 relacionada con KE = 1 / 2mv ^ 2? ¿Es por eso que la masa * relativista * aumenta? Como a medida que V aumenta, KE aumenta, entonces E aumenta y dado que c es constante, entonces m aumenta.

¿Cuál es el punto de viajar a otras galaxias si la línea del tiempo se complicara con la teoría general de la relatividad?

Supongamos que soy un lógico griego del "antes de los tiempos". ¿Cómo me probarías mediante observaciones + axiomas + lógica que la tierra gira sobre un eje y que el sol no gira alrededor de ella todos los días?

¿Por qué aumenta la velocidad de los cohetes que se envían al espacio a medida que se mueven hacia arriba?

Los fotones que dejaron la bombilla alcanzan simultáneamente los extremos respectivos del carro pero en el marco de tierra los mismos fotones no alcanzan simultáneamente. ¿No afirma esta afirmación que el mismo fotón tiene 2 posiciones diferentes?

¿Se están separando las estrellas más rápido que la velocidad de la luz?

¿Hay alguna masa en dimensiones superiores?

Dado que en algunos lugares / momentos el universo se expande más rápido que la luz, ¿eso significa que los fotones se expanden junto con el espacio y mantienen la misma velocidad relativa, o podría la velocidad de la luz estar unida por la gravedad y es posible una mayor velocidad entre los grupos?

¿Cómo son posibles velocidades menores que la velocidad de la luz c = 1 (en unidades naturales)? Te moverías menos de 1 planck-length en 1 planck-time.

Relatividad (física): según Einstein, la luz se curva, porque el espacio está deformado. Si la luz tiene poca o ninguna masa y no puede doblarse por la gravedad, ¿cómo puede deformarse el espacio si no tiene masa?