Propulsión interestelar para novela de ciencia ficción dura

Edición importante

el duderino afortunadamente me avisó de un error que tenía en mis fórmulas:$p = \frac{E}{c}$no es lo que usé antes:$p = \frac {E}{c^2}$

Esto cambia casi todos los aspectos de mi segunda parte (Premisa básica para una nave espacial autopropulsada) y es importante para todos los que han decidido usar algún aspecto para su propio mundo.

Edición importante 2

el duderino nuevamente ha podido mejorar esta respuesta esta vez con una ecuación que permite cálculos precisos de velocidad dependiendo de nuestro mejor método de almacenamiento de energía físicamente. Esto incluye la relatividad especial y, por lo tanto, es más precisa que las otras ecuaciones que usé, especialmente al alcanzar altas velocidades relativistas.

$v = c \cdot$$\frac {(\frac {mi}{mf})^2 -1}{(\frac {mi}{mf})^2 +1}$mientras$mi$= masa inicial, y$mf$= masa final

Y también corrigió otro error de cálculo.

Viabilidad de las velas solares.

Las velas solares del tamaño y la escala propuestos funcionarían en el futuro. El tamaño de la vela solar solo importa en términos de eficiencia.

Los fotones no ocupan ningún espacio, por lo que podría condensar toda la luz que emiten sus láseres en un cuadrado de$1m$si quieres. El problema aquí es solo que los espejos que conocemos no reflejan el 100% de la luz que los golpea, por lo que perdería eficiencia aquí al usar espejos de nuestro tiempo. Pero cuando se considera cuán ineficiente es la propulsión de la luz, en realidad no importa.

El problema real que tienen sus velas solares es que son un boleto de ida a otro lugar en el universo. Porque para regresar necesitarías nuevamente una gran matriz de láser para impulsarte hacia el otro lado nuevamente. Y, en determinadas circunstancias, reducir la velocidad también puede ser un problema. (Cuando no te diriges a otra estrella)

Otro problema es que a medida que aumenta la distancia, menos y menos luz golpea su vela solar y eso impide que su vela aumente aún más su velocidad.

Es por eso que una nave espacial capaz de maniobrar completamente por sí misma sería la mejor apuesta.

Premisa básica para una nave espacial autopropulsada

Cuando quieras una nave espacial que cualquiera de tus personajes increíblemente ricos usaría para sí mismo, querrás una nave espacial que también pueda regresar algún día. Aquí presentaré cómo funciona la propulsión con fotones, pero lo mismo es cierto para cualquiera de las otras partículas elementales . Como se publicó aquí, los fotones tienen impulso aunque no tengan masa. En lugar de calcular el impulso de esta manera:

• $p = m \cdot v$(p = cantidad de movimiento, m = masa del objeto, v = velocidad del objeto)

haces esto para un fotón/cualquier otra partícula elemental :

• $p = \frac {E} {c} = \frac{h \cdot f} {c}$(E = Energía, h = planc constante, f = frecuencia, c = velocidad de la luz)

Ejemplo

El problema es que la cantidad de impulso que obtienes de esto es MUY pequeña.

Normalmente

El chocolate tiene 2200$kj$energía química para nuestro cuerpo por 100$g$si la energía química se usara para impulsarse hacia adelante, obtendrías esto:$E = 0.5 \cdot m \cdot v^2$si cambiamos esta fórmula para obtener velocidad, se ve así:$v^2 = \frac {E}{0.5 \cdot m}$ahora con números:$v^2 = \frac {2200000j}{0.5 \cdot 0.1kg} = 44000000$ahora sacamos la raiz cuadrada y llegamos a 6633.25$\frac {m}{s^2}$o 23 879,7 km/h

Aceleración con luz

Cuando hacemos lo mismo pero usamos la energía para encender una linterna con 100% de eficiencia y el mismo peso de 100$g$llegamos a:$p = \frac {2200000j}{299792485 m/s} = 0.0073$y porqué$p = m \cdot v$podemos decir$v = \frac {p}{m}$y con números$v = \frac {0.0073}{0.1kg} = 0.073 m/s$esto es menos de un millón en lugar de 2,7 mil millones de veces peor que la técnica de "propulsión normal", que está lejos de lo que logramos en la tierra, pero no tan lejos como lo que logramos con la propulsión ligera. (en el mejor de los casos, en la práctica, se vería aún peor, pero no tan malo como en mi respuesta anterior)

Como probablemente pueda adivinar, el mayor problema de su nave espacial autopropulsada será cómo almacenar todo el combustible/energía necesaria para la propulsión sin aumentar el peso de la nave espacial más de lo que puede empujar el combustible agregado.

Almacen de energia

Descargo de responsabilidad

Esto ya no puede considerarse ciencia pura porque es muy poco probable que las cosas sugeridas a continuación se puedan implementar en la vida real.

"Solución"

Ya analicé los números de las opciones de almacenamiento de energía/combustible más plausibles. Y todos están lejos de lograr nada. Así que esta es la última posibilidad que se me ocurrió:

Pure Mass Energy (que yo sepa, este es el sistema de almacenamiento más eficiente en peso permitido por la física):

El problema con la solución.

Para liberar la energía almacenada en masa pura, necesita antimateria y a la antimateria le gusta reaccionar con todo lo que se denomina "materia", que en la mayoría de los casos significa todo. Y, por lo tanto, hace que no se pueda almacenar con la tecnología actual y probablemente incluso con la tecnología futura. Y cuando no puede almacenar su combustible, no puede llevarlo consigo, lo que incluye llevarlo en una nave espacial para un viaje interestelar.

Solución real

La masa en física es, hasta donde yo sé, energía pura y se calcula mediante esta fórmula:$E = m \cdot c^2$lo que para una tarjeta Din A6 significa$E = 0.001kg \cdot 299792458^2m/s = 8.99 \cdot 10^{13}j$. Lo que pone la velocidad en 299.87 m/s para una tonelada métrica de nave espacial que todavía es bastante lenta pero con una nave espacial que pesa 2 toneladas y posee combustible con más de 8 toneladas llegarías a 0.923c según la fórmula que mencioné en la edición 2. Sin esta fórmula siempre alcanzarías la velocidad de la luz:

$E=mc^2$. Entonces,$p = E/c \implies p = mc^2/c = mc$. Finalmente,$v = p/m \implies v = mc /m = c$

Conclusión

Entonces, con el mejor sistema de almacenamiento de energía, en realidad es factible y utilizable como un boleto hacia atrás.

Lo que a su vez nos lleva de vuelta a las velas solares que ahora no se ven tan mal porque se pueden usar para alejarse de la tierra, mientras que el combustible a bordo se puede usar para el camino de regreso a casa.