Введение
Предложенный метод космической тяги
Рамореактивный двигатель Буссара – это теоретический метод движения космического корабля для межзвездных путешествий. Быстродвижущийся космический аппарат собирает водород из межзвездной среды с помощью огромного магнитного поля в форме воронки (диаметром от километров до многих тысяч километров); водород сжимается до тех пор, пока не произойдет термоядерный синтез, который обеспечивает тягу, компенсирующую сопротивление, создаваемое воронкой, и энергию для поддержания магнитного поля. Таким образом, рамореактивный двигатель Буссара можно рассматривать как разновидность термоядерного ракетного двигателя. Рамореактивный двигатель Буссара был предложен в 1960 году физиком Робертом Буссаром. Эта концепция получила широкую известность благодаря Полу Андерсону в его романе «Тау-Ноль», Ларри Нивену в серии книг «Известное пространство», Вернору Винжу в серии «Зоны мышления» и Карлу Сагану, как упоминается в телевизионном сериале и книге «Космос».
Выполнимость
С момента первоначального предложения Буссара было обнаружено, что область вокруг Солнечной системы имеет гораздо меньшую плотность водорода, чем считалось в то время (см. Местное межзвездное облако). В 1969 году Джон Форд Фишбек внес важный вклад, описав детали необходимого магнитного поля. В 1978 году Т. А. Геппенгеймер проанализировал первоначальное предложение Буссара о термоядерном синтезе протонов, но обнаружил, что потери на тормозное излучение при сжатии протонов до плотности, необходимой для синтеза, превышают потенциальную мощность примерно в миллиард раз, что указывает на нереализуемость предложенной версии буссаровского реактора. Однако анализ Дэниела П. Уитмира, проведенный в 1975 году, показал, что реактор может достичь чистой выработки энергии посредством CNO-цикла, который обеспечивает синтез со скоростью примерно в 10¹⁶ раз превышающей скорость цепи протон-протон. Роберт Зубрин и Дана Эндрюс в 1988 году проанализировали одну гипотетическую конструкцию буссаровского реактора. Они установили, что их версия реактора не сможет ускоряться в солнечном ветре. Исследование 2021 года показало, что, хотя в принципе это возможно, практическое создание полезного буссаровского реактора было бы не под силу даже цивилизации второго типа по шкале Кардашева.
Ракетный аппарат "Рам"
Проблема использования межзвездной среды в качестве единственного источника топлива привела к изучению межзвездной ракеты Ram Augmented Interstellar Rocket (RAIR). RAIR несет ядерное топливо и выбрасывает продукты реакции для создания части своей тяги. Однако он значительно повышает свою эффективность, захватывая межзвездную среду и используя ее в качестве дополнительной реакционной массы для увеличения тяги ракеты. Двигательная система RAIR состоит из трех подсистем: термоядерного реактора, поля захвата и плазменного ускорителя. Топливо выбрасывается вперед корабля с помощью ускорителя. Поле захвата направляет топливо в другой ускоритель (например, это может быть система теплообмена, передающая тепловую энергию от реактора непосредственно в межзвездный газ), который питается от реактора. Один из лучших способов понять эту концепцию – представить, что бортовое ядерное водородное топливо действует как топливо (источник энергии), а межзвездный газ, собранный полем захвата и затем выброшенный с высокой скоростью, действует как рабочее тело (реакционная масса). Таким образом, аппарат имеет ограниченный запас топлива, но неограниченный запас рабочего тела. В обычном ракетном реакторе Буссарда был бы неограниченный запас и того, и другого. Однако теория предполагает, что в то время как реактор Буссарда испытывал бы сопротивление из-за необходимости предварительного разгона межзвездного газа до собственной скорости перед захватом, система RAIR сможет передавать энергию через механизм "ускорителя" в межзвездную среду, несмотря на разницу в скоростях, и, следовательно, будет испытывать значительно меньшее сопротивление.
Лазерный межзвездный реактивный реактор
Другой вариант – использование направленной энергии в сочетании с аппаратом, собирающим водород из межзвездной среды. Массив лазеров в Солнечной системе направляет энергию на коллектор, установленный на аппарате, который использует устройство, подобное линейному ускорителю, для создания тяги. Это решает проблему термоядерного реактора для прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Существуют ограничения, связанные с затуханием направленной энергии на больших расстояниях.
Магнитный парус
Расчеты (Роберта Зубрина и Даны Эндрюс) послужили вдохновением для идеи магнитного парашюта или паруса. Это может иметь важное значение для межзвездных путешествий, поскольку позволяет замедлять космический аппарат в пункте назначения с помощью магнитного парашюта вместо ракеты.
Звездный двигатель на основе роя Дайсона (двигатель Каплана)
Астрофизик Мэтью Каплан из Университета штата Иллинойс предложил тип звездного двигателя, использующий рой зеркал Дайсона для концентрации звездной энергии на определенных участках звезды, подобной Солнцу, создавая пучки солнечного ветра, которые собираются многорампной установкой. Эта установка, в свою очередь, генерирует направленные струи плазмы для стабилизации орбиты и кислород-14 для воздействия на звезду. Основываясь на упрощенных расчетах, предполагающих максимальную эффективность, Каплан оценивает, что двигатель Буссара будет потреблять 10¹⁵ граммов солнечного вещества в секунду, обеспечивая максимальное ускорение 10⁻⁹ м/с², что приведет к скорости 200 км/с через 5 миллионов лет и преодолению расстояния в 10 парсек за 1 миллион лет. Теоретически двигатель Буссара мог бы работать 100 миллионов лет, учитывая скорость потери массы Солнцем, однако Каплан считает, что 10 миллионов лет достаточно для предотвращения столкновения со звездами.