Voy a resumir los comentarios y otras respuestas.

Si desea permanecer fiel a la ciencia:

no hay almuerzo gratis

A pesar de todo lo que le han dicho, no hay almuerzo gratis.

La energía solar es un fracaso

Incluso tan cerca como está la Tierra del Sol, los paneles fotovoltaicos son marginales en el mejor de los casos y son una forma muy diluida de generación de energía en comparación con otros tipos. A medida que te alejas del sol, la intensidad de la luz solar disminuye a medida que$\frac{1}{r^2}$.

La NASA no considera la energía solar como una fuente de energía viable fuera de la órbita de Marte. Tú tampoco deberías.

Fuente de energía renovable

Hay exactamente un recurso de energía renovable disponible entre las estrellas, este es el hidrógeno interestelar .

Hay muchas formas posibles de usar este hidrógeno, pero todas se dividen en una de dos formas:

1. Fusión
2. Aniquilación de antimateria

Tener tu pastel y comértelo también

Su pregunta deja muy claro que NO quiere considerar la energía nuclear.

Dado que presumiblemente estás escribiendo ficción, esto significa que básicamente puedes escribir en tu historia lo que quieras. Puede afirmar que los humanos encontraron monopolos magnéticos , flubber , o puede usar energía limpia de punto cero . Ninguno de estos es realmente real o viable como un medio para impulsar una nave espacial, pero si insiste en que no sea nuclear, tendrá que usar alguna forma de handwavium (también conocido como McGuffinite ) para hacerlo.

Tienes algunas opciones por lo que puedo ver.

2 de ellos tienes que traer contigo. Necesita que sean muy densos en la generación de energía porque no tiene mucho espacio.

Traer contigo

1. la energía nuclear que ya has rechazado.

2. La antimateria necesita mucho menos espacio, pero necesita algo de energía para mantenerla contenida de forma segura. Además, todavía no podemos generar lo suficiente para ser útil.

reducir la energía necesaria

3. Ponga (casi) a todos en crioestasis y tenga suficiente fuente de energía almacenada para durar el viaje.

renovable/recogida en el camino

4. Fusión. Puedes tener una gran pala frente a la nave que recolecta moléculas de hidrógeno para fusionarlas en átomos más grandes. Actualmente, las máquinas de fusión que tenemos actualmente son enormes y peligrosas.

5. Aprende de alguna manera a aprovechar la energía oscura y la materia oscura.

Viento espacial

Sí, es algo real . El problema principal aquí, como con la mayoría de las energías renovables, es que no obtendrás mucha energía de ellas. No solo eso, sino que el poder real proviene de minar tu impulso hacia adelante (como poner turbinas eólicas en un automóvil, te estás robando a ti mismo). Esto es técnicamente renovable, pero no ventajoso sobre la opción nuclear. Simplemente no hay muchas opciones de energía por ahí.

La idea es que tendrás un medio interestelar pasando a tu lado. Tiene masa y se mueve con respecto a ti, eso significa que puedes extender la mano y recolectar esa energía. O la energía cinética, o como sugirió Bowlturner, recolectar el hidrógeno interestelar para usarlo en la fusión. Sí, la fusión es una forma de energía nuclear en tu nave, pero es renovable. También es cómo empezaste en primer lugar, excepto que la fusión fue de una estrella.

Alternativamente, debe dejar una estación de transmisión cerca de una estrella detrás de usted para transmitir energía a sus velas y sus baterías a bordo. Esto le permitirá más potencia y un mayor período de aceleración.

¿ A qué te refieres con renovables ? Creo que el uso común es algo que no se acabará, o algo que no está agotando una reserva previamente hecha (es decir, no combustible fósil). Creo que lo que quieres decir aquí es algo externo a la nave en lugar de algo que trajiste contigo.

Pero realmente, ¿por qué? Y en algunos casos, es difícil hacer la distinción.

En primer lugar, ¿cuál es su presupuesto de energía? Mire otras preguntas sobre cuánta energía se necesita para acelerar la nave. Es más que todo el consumo de energía de la Tierra ahora, por órdenes de magnitud. Eso es con miles de millones de personas y toda la industria pesada. ¿Cuánta energía necesitarán los ocupantes ? La cantidad es una pequeña gota en el presupuesto necesario para acelerar y luego desacelerar el barco.

montar los frenos

Entonces, ¿qué hay de malo en hacer tapping un poco de eso? Planificando una fuente de energía separada que dure indefinidamente en caso de que la fuente principal se pierda y no puedan reducir la velocidad en su destino y estén condenados a navegar para siempre a velocidades relativistas, ¿entonces al menos pueden seguir viviendo así?

Me gustaría señalar que una reserva de almacenamiento de energía es la propia nave en movimiento. Como dije, ¡suficiente para una civilización Tipo I en casa! Necesitas reducir la velocidad de todos modos, ¿no sería bueno si de alguna manera pudieras utilizar parte de esa energía como un efecto secundario, además de no tener que gastar tanta energía por segunda vez para reducir la velocidad?

Un estatorreactor Bussard en realidad podría no dar una ganancia sobre la resistencia, según los cálculos modernos. ¡Pero si estás rompiendo eso no es un problema y el arrastre solo se suma a tu rotura! Hacer funcionar el estatorreactor a un nivel minúsculo durante la fase de crucero proporcionará energía para el uso interno de la nave y hará la misma mella en el progreso de la nave que el polvo y el gas circundantes.

Para romper, también hay palas magnéticas y eléctricas. Es posible que el estatorreactor no funcione lo suficientemente bien sin importar qué tan bien lo diseñe, así que gírelo y haga que la pala sea lo más mala posible, y tendrá un paracaídas. Sin tener que recolectar el hidrógeno y alimentarlo a un motor de fusión, puede usar la energía que pasa a través de la pala tal como está, a la manera de un molino de viento.

Una atadura conductora larga puede proporcionar interacciones magnéticas con el campo magnético galáctico y servir como un descanso y una gran fuente de electricidad.

Tal vez obtenga un impulso láser de la Tierra para moverse por un corto tiempo y luego tenga que ejecutar el freno durante todo el resto del viaje, ya que el impulso de frenado no es tan grande como el impulso de lanzamiento. O tal vez navegue durante algunos años y disminuya la velocidad cuando llegue allí, capaz de romper con bastante fiereza. En el último caso, aún puede ejecutar el freno en una cantidad minúscula para generar energía. La cantidad de energía que necesitas es mucho menor que la cantidad de energía cinética de la nave, así que no te darás cuenta.

Robert Forward es tu amigo.

Para acelerar una vela ligera a cerca$c$, la vela funciona con bancos de láseres de teravatios en una órbita solar cercana (la versión general de esto es tener las estaciones de energía solar y los láseres en órbita alrededor de Mercurio, pero puedes organizar esto como quieras). La vela se desplaza sobre el rayo de energía y, a medida que se aleja cada vez más del Sistema Solar, las lentes fresnel gigantes suspendidas en el espacio enfocan el rayo sobre la nave estelar. (ver http://www.lunarsail.com/LightSail/rit-1.pdf )

Los rayos de teravatios son una gran cantidad de energía, por lo que es bastante factible aprovechar un poco de la energía que brilla en la vela de luz para reflejarla en un dispositivo de conversión de energía en la propia nave espacial para proporcionar energía "renovable". Dado que es esencialmente energía solar, se ajusta a la definición de "renovable".

La ventaja adicional es que el sistema, tal como se describe, se puede usar para desacelerar. Las dos preguntas difíciles son: ¿habrá alguien manejando el láser y el sistema de lentes cuando sea el momento de desacelerar, y; ¿Funcionará el sistema con suficiente eficiencia para desacelerar una vela de luz que se mueve a una gran fracción de$c$? El mismo Forward sugirió un rendimiento mucho más modesto para el sistema.

Resumen: un Bussard Scoop es su única esperanza, pero es una apuesta muy insegura.

Como han señalado otros: no, no se puede hacer en el sentido tradicional de "energía renovable" tal como la conocemos en la Tierra. El espacio está terriblemente vacío de todo , incluida la energía para cosechar.

Pero quiero pedirles que desafíen la premisa. Mi pregunta para ti es esta:

¿Quiso decir energía "renovable" o "sostenible"?

¿Por qué requiere que su fuente de energía sea "renovable"? ¿Hay algún elemento de la historia que lo requiera, o agregó esa etiqueta con la esperanza de que "renovable" signifique "bueno"? ¿Donde "bueno" a su vez significa "sostenible", "no produce residuos", "confiable", "disponible", "no utiliza consumibles", "simplemente funciona y funciona durante siglos"?

Si hay un elemento de la trama detrás de esto, entonces, como dije: estás arruinado. Si la motivación de sus viajeros para exigir "energía renovable" en su barco no es otra cosa que "Solo lo queremos de esa manera", entonces la respuesta del constructor de su barco será un duro pero veraz "Entonces no va a entrar en espacio". Tenga en cuenta que viajar en el espacio no es un crucero de placer. No es para los aprensivos y despreocupados. Hay algunas decisiones difíciles de tomar, y no tendrá varias de las opciones de "lujo" disponibles en el espacio que tiene en la Tierra. La energía renovable es uno de estos lujos.

Pero si simplemente estaba buscando una fuente de energía que sustentara a sus viajeros durante siglos, entonces ha utilizado el enfoque equivocado al suponer que las energías renovables son lo único que funciona.

La apuesta más segura es la energía nuclear. La energía de fisión ya proporciona una densidad de energía bastante ridícula en su combustible.

Fuente: xkcd 1162, "Escala logarítmica"

Suponiendo energía de fisión nuclear de cuarta generación , aproximadamente 50 gramos de combustible nuclear mantendrán a una persona con electricidad y otra energía durante una vida humana normal. Eso es bastante manejable. Necesitará mucho más en términos de otros consumibles y energías renovables para cada persona en ese barco. Si le preocupaba tener que transportar combustible, esto no es un problema, porque la premisa por sí sola significa que transportará cosas para sostener a la gente de todos modos, y una carga de combustible para la energía nuclear no agrega una cantidad significativa de energía. peso.

Si luego asumimos el poder de fusión, la densidad de energía se vuelve aún más ridículamente alta. Suponiendo, por ejemplo, que el reactor Polywell funcione...

Reactor "Wiffle Ball 8" de EMC2 en funcionamiento.

...entonces estamos hablando de necesitar menos de 1 gramo de combustible por persona y vida. Además, con Polywell puede usar fusión aneutrónica, lo que significa que no hay productos de desecho radiactivos. En su modo aneutrónico, Polywell usa 1 átomo de Boro y 1 átomo de Hidrógeno para producir 3 Helio por reacción... Helio que no es radioactivo y que puede ser ventilado al espacio de manera segura.

Así que te pregunto de nuevo: ¿por qué pusiste "renovable" en la pregunta? ¿Era eso realmente lo que querías? ¿O simplemente estaba buscando una fuente de energía sostenible ?

Nunca obtendrá uno que funcione para siempre sin "tocar tierra", cerca o en sistemas estelares. Pero puede obtener uno que funcione durante mucho tiempo , en energía de fusión o fisión nuclear.

Tomaré el camino fácil y más o menos inventaré una tecnología basada en una rama de la física que aún no está madura:

Tus padres usarán Unruh-Energy . Unruh demostró teóricamente que la noción de vacío depende de la trayectoria del observador a través del espacio-tiempo . Desde el punto de vista del observador que acelera, el vacío del observador inercial se verá como un estado que contiene muchas partículas en equilibrio térmico: un gas caliente. Si esto perspective changese puede inducir de alguna manera sin tener que alcanzar velocidades cercanas a la luz, se podría aprovechar el falso vacío. Esto permitirá el viaje espacial a través de unidades sin reacción y reducirá el peso del combustible al de los moduladores de efecto Unruh (cualesquiera que sean).

Dado que, por definición, no hay ningún punto en el Universo sin energía de vacío, literalmente no se puede agotar. Es solo una cuestión de implementar una física lo suficientemente sutil para aprovechar al máximo el efecto. No está claro, por ejemplo, qué tan grande es la densidad de energía que es recuperable. Escuché a físicos hablar de que el volumen de una sola taza contiene suficiente energía de vacío para hervir todos los océanos de la tierra, pero no está claro de ninguna manera qué fracción de eso es recuperable, especialmente en una etapa temprana del despliegue de la tecnología Unruh-drive. .

¿Tu barco sigue la regla de lo genial, también conocido como "ir audazmente a donde ningún hombre ha ido antes"?

Las fuentes de energía renovable en nuestro tiempo generalmente esperan tener alguna infraestructura de almacenamiento/distribución construida a su alrededor; no lleva su turbina eólica/panel solar con usted cuando conduce un automóvil eléctrico.

Cientos de años antes del lanzamiento, se desplegaron estaciones de reabastecimiento automático a lo largo de la ruta esperada de la nave de generación para procesar el gas interestelar en una forma de energía más conveniente para ser recolectada; la misión era establecer una ruta segura y evitar que muchas generaciones murieran en el barco; por lo tanto, mayor aceleración y sin tecnología peligrosa a bordo

O bien, las estaciones pueden tener un origen extraterrestre y estar dispersas por toda la galaxia, por lo que la tripulación obtiene puntos de bonificación por ser pioneros (sin lanzamientos previos de varias etapas para cumplir...)

Piratería : viaje a través de rutas de transporte concurridas y siga robando las células de energía de las personas. Desventaja: solo funciona en un espacio que incluye poblado.

Comercio : Como arriba, pero más aburrido.

Baterías grandes : tienen una recuperación de energía extremadamente buena, muchas baterías enormes y viajan a través de sistemas estelares en lugar de en línea recta. Desventaja: probablemente no sea posible usando la ciencia real, pero mueva la tecnología de la batería lo suficiente y podría funcionar en una historia.

Desde los años 80, casi todas las misiones espaciales han utilizado paneles solares especiales para cubrir la demanda de energía a bordo, pero si tuviéramos que viajar mucho más lejos en el espacio, necesitaríamos una forma diferente de energía, que podría producirse a bordo, no por el Sol, que podría estar bastante lejos de la nave para contar como fuente de energía.

Incluso en nuestro sistema solar, si decidimos viajar a una de las lunas de Júpiter (no más lejos), el Sol, al estar tan lejos de nosotros, no contará como una fuente de energía viable.

En Plutón, por ejemplo, el Sol se ve casi como cualquier otra estrella, por lo que debemos considerar toda la energía que se puede producir a bordo como una fuente de energía viable que puede impulsar todas las actividades que se llevan a cabo en la nave.

Últimamente, se demostró que los desechos humanos pueden ser una buena fuente de energía limpia. La orina humana es una buena fuente de energía limpia porque unos 5 litros de orina pueden producir 1 litro de biogás. Dado el hecho de que una persona promedio produce más de 1 litro de orina por día, la misión, que puede constar de cuatro a seis personas, puede producir suficiente biogás para alimentar sus actividades diarias.

La nave espacial está construida como un "ladrón de julios" gigante y utiliza el campo magnético de los planetas y las estrellas para crear electricidad cuando pasa. Por cierto, eso protege a las personas dentro del toroide del daño por radiación.

Aunque esto es un poco cercano a los combustibles fósiles: ¿su nave espacial no podría depender solo de la biomasa como fuente de combustible? Todos los organismos crean desechos que se pueden utilizar como fuente de combustible. Desafortunadamente, esto significa que pierde la opción de viajar indefinidamente al reciclar los desechos biológicos en alimentos y otros materiales útiles.