버스사드 램젯

부사드 램젯은 물리학자 로버트 W. 부사드가 1960년 제안한 우주선 추진의 이론적 방법으로, 폴 앤더슨의 소설 타우 제로, 래리 니븐(Larry Niven)이 《알려진 우주》 시리즈, 《사고의 영역》 시리즈에 수록된 베르노르 빈지(Vernor Vingeg)에서 대중화했으며, 텔레비전 시리즈와 책 코스모스에서 칼 세이건이 언급하였다.

버스사드는^[1] 성간 매개체에서 수소를 수집하고 압축하기 위해 램 스쿱으로 거대한 전자기장(지름 수 킬로미터에서 수 천 킬로미터에 이르는 범위)을 사용해 합리적인 성간 이동이 가능한 융복합 로켓의 램젯 변형을 제안했다.고속은 반응성 질량을 점진적으로 수축된 자기장으로 밀어 넣어 열핵 핵융합이 일어날 때까지 압축시킨다.그리고 나서 자기장은 추진력을 제공하면서 에너지를 로켓 배기로 유도한다.

타당성

부사드의 원래 제안 당시부터 태양계를 둘러싼 지역은 당시 믿었던 것보다 수소 밀도가 훨씬 낮은 것으로 밝혀졌다(현지 성간 구름 참조).John Ford Fishback은 1969년 Bussard 램젯의 세부사항에 중요한 기여를 했다.^[2]T. A. Heppenheimer는 Bussard의 원래 제안된 양성자 융합에 대한 분석을 하였으나, 양성자를 압축하여 핵융합 밀도에 이르는 브렘스스트라흘룽의 손실이 약 10억 인자가 생산할 수 있는 전력보다 더 크다는 것을 발견하여, Bussard 램젯의 제안된 버전이 실현 불가능한 것임을 보여주었다.^[3]하지만 다니엘 P.휘트마이어의 1975년^[4] 분석은 램젯이 양성자-프로톤 체인보다 훨씬 높은 속도(약¹⁶ 10배)로 핵융합을 생성하는 CNO 사이클을 통해 순동력을 얻을 수 있다는 것을 보여준다.

로버트 주브린과 다나 앤드류스는 1985년^{[citation needed]} 부사르 람스코프와 램젯 디자인의 가상 버전을 분석했다.그들은 램젯의 버전이 태양풍으로 가속할 수 없을 것이라고 결정했다.그러나 그들은 계산에서 다음과 같이 가정하였다.

1. 행성간 이온 추진 램젯의 배기 속도는 100,000m/s(100km/s)를 초과할 수 없다.
2. 이용 가능한 가장 큰 에너지원은 500킬로와트 핵융합로일 수 있다.

주브린/앤드류간 행성간 램젯 설계에서, 그들은 드래그 힘 d/dt(mv₁)는 램스코프에 상대적인 태양계 내에서 스크럽 이온의 속도에 곱한 초당 수집된 스크럽 이온의 질량과 같다고 계산했다.태양풍으로부터 수집된 이온의 속도는 50만 m/s로 가정되었다.

램젯에 의해 배출되었을 때 이온의 배기 속도는 10만 m/s를 초과하지 않는 것으로 가정되었다.램젯 d/dt(mv₂)의 추력은 초당 배출되는 이온의 질량에 초당 10만m를 곱한 것과 같았다.1985년의 주브린/앤드류 설계에서, 이것은 d/dt(mv₁) > d/dt(mv₂)라는 조건을 초래했다.이 조건은 설계의 Zubrin/Andrews 버전에서 가상의 램젯의 추력을 초과하는 드래그력을 초래했다.

관련 발명

RAM 증강 성간 로켓(RAIR)

성간 매체를 유일한 연료원으로 사용하는 문제는 RAM 증강 성간 로켓(RAIR)의 연구로 이어졌다.RAIR는 핵연료 공급을 수행하고 반응 제품을 소진하여 추진력을 일부 생산한다.그러나 성간 매체를 스쿠핑하고 이를 로켓을 증강하기 위한 추가 반응 질량으로 사용함으로써 성능을 크게 향상시킨다.RAIR의 추진 시스템은 3개의 서브시스템, 즉 핵융합로, 스쿱장, 플라즈마 가속기로 구성되어 있다.스쿠프 전장은 성간 가스를 원자로에서 전력을 공급하는 "가속기" (예를 들어 이것은 원자로에서 직접 성간 가스로 열 에너지를 전달하는 열교환 시스템일 수 있다)에 주입한다.이 개념을 이해하는 가장 좋은 방법 중 하나는 탑재된 수소 핵연료가 연료(에너지원)로 작용하는 반면, 스쿱에 의해 수집된 뒤 뒤에서 엄청난 속도로 고갈된 성간 가스는 추진제(반응 질량)로 작용하므로 차량은 연료공급은 제한적이지만 무제한이다.추진제 공급일반적인 버스사드 램젯은 둘 다 무한히 공급될 것이다.그러나, 이론에 따르면, Bussard 램젯이 성간 가스를 섭취하기 전에 자신의 속도로 미리 가속해야 하는 경우, RAIR 시스템은 속도 차이에도 불구하고 성간 매체로 에너지를 전달할 수 있으므로 훨씬 적은 항력을 겪게 될 것이다.^[5][6][7][8]

레이저 구동 인터스텔라 램젯

성간 매질에서 수소를 뿜어내는 차량과 결합한 비밍 에너지도 또 다른 변형이다.태양계의 레이저 어레이는 추력을 내기 위해 선형 가속기 같은 것을 사용하는 차량의 수집기로 빔을 보낸다.이것은 램젯의 핵융합로 문제를 해결한다.거리와 함께 비밍 에너지의 감쇠로 인해 한계가 있다.^[9]

자기 돛

(로버트 주브린과 동료에 의한) 계산은 자기 낙하산이나 돛에 대한 생각에 영감을 주었다.이것은 목적지에서의 감속은 로켓이 아닌 자기 낙하산으로 수행될 수 있다는 것을 의미하기 때문에 성간 여행에 중요할 수 있다.^[10]

다이슨 군집 기반 항성 엔진(캐플런 추진기)

일리노이 주립대학의 천체물리학자 매튜 E. 캐플런은 다이슨 무리의 거울을 이용해 태양과 유사한 항성의 특정 지역에 별 에너지를 집중시키는 항성 엔진의 일종으로, 다중 램젯 어셈블리에 의해 수집될 태양 바람의 빔을 생산하고, 그 다음에는 궤도를 안정시키기 위해 유도된 플라즈마 제트를 생산한다.별을 밀어낼 산소-14도야캐플런은 최대 효율을 가정하는 초보적인 계산을 사용하여 부사드 엔진이 초당¹⁵ 10g의 태양 소재를 사용해 최대 가속도를 10m⁻⁹/s로² 만들어 500만년 후에는 200km/s의 속도를 내고, 100만년에 걸쳐 10파섹의 거리를 낼 것으로 추정한다.부사드 엔진은 태양의 대량 손실률을 감안할 때 이론적으로 1억년 동안 작동하지만 캐플란은 1000만년은 별의 충돌 회피에 충분하다고 생각한다.^[11]그의 제안은 교육적인 유튜브 채널 커즈게사그트에 의해 의뢰되었다.^[12]

미리 시딩된 궤적

부사드 램젯과의 명백한 기술적 어려움 중 몇 가지는 자기 레일 건과 같은 것을 사용하여 우주선의 궤도를^[13] 따라 연료를 사전 발사함으로써 극복할 수 있다.

이 시스템의 장점은 다음과 같다.

• 자석 또는 정전기 스쿠프 중 하나가 더 쉽게 연료를 엔진에 주입할 수 있도록 이온화 핵연료만 발사한다.단점은 정전기 반발로 인해 연료가 분산된다는 것이다.
• 연료 속도 벡터가 궤도에서 우주선의 예상 속도 벡터와 근접하게 일치하도록 궤적으로 연료를 발사한다.이것은 연료의 수집에 의해 발생하는 "끌어내기"의 힘을 최소화할 것이다.
• 우주선에서 핵융합 엔진에 최적화된 동위원소 비율 발사전통적인 버스사드 램젯은 원자 무게 1의 수소를 대부분 수집할 것이다.이 동위원소는 수소의 중수소 또는 삼중수소 동위원소보다 융합하기 어렵다.우주선에서 융복합 엔진에 대한 수소 동위원소의 이상적인 비율을 발사함으로써 융복합 엔진의 성능을 최적화할 수 있다.
• 램젯용 사전 발사 연료는 부사드 설계의 한 가지 장점(성간 매체를 통해 이동하는 연료의 집합으로 연료 질량을 발사하는 비용을 절약함)을 부인하지만, 적어도 연료 질량과 로켓 질량을 동시에 가속할 필요가 없다는 장점을 간직하고 있다.
• 미리 발사된 연료는 성간 매체에 대한 가시성을 제공하므로, 보이지 않는 위험(예: 갈색 왜성)을 추적하는 우주선에 경고한다.

이 제도의 주요 단점은 다음과 같다.

• 우주선은 그렇게 하는 것이 결정적인 것이 아니라면 미리 계산된 궤도에서 벗어날 수 없었다.그러한 어떤 편차라도 우주선은 연료 공급으로부터 분리되어 원래의 궤도로 되돌아갈 수 있는 최소한의 능력만을 남겨둘 것이다.
• 목적지 별에서 감속을 위해 미리 발사된 연료는 우주선 발사 수십 년 전에 발사되지 않는 한 사용할 수 없을 것이다.그러나 다른 시스템(예: 자기 돛)은 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.

참조

• 램젯 산술 계산에 대한 자세한 내용은 을 참조하십시오.
• Mallove, Eugene (1989). The Starflight Handbook. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-61912-3.
• Matloff, Gregory (August 5, 2005). Deep Space Probes: To the Outer Solar System and Beyond. Springer Praxis Books. ISBN 978-3540247722.
• Anderson, Poul (2006). Tau Zero. Gollancz. ISBN 978-1407239132.

외부 링크

• 성간 매체
• 성간 수소
• Bussard Ramjet의 이미지