No.

El 10% de la velocidad de la luz es de unos 30.000.000 m/s. Nuestra sonda espacial más rápida hasta la fecha, New Horizons, salió de la Tierra a menos de 1/1000 de esa velocidad. Con un tanque propulsor grande y un propulsor de iones de alta eficiencia podríamos alcanzar unos 300.000 m/s, aproximadamente una décima parte del 1% de la velocidad de la luz. Debido a la naturaleza exponencial de la ecuación del cohete , alcanzar velocidades más altas requiere cantidades exponencialmente mayores de propulsor.

Estoy mostrando los cálculos para la excelente respuesta de Russell Borogove .

Has pedido acelerar un objeto a 0,1 veces la velocidad de la luz. Matemáticamente,

La velocidad de escape$v_e$de un propulsor de iones es de 20 a 50 km/s. elijamos$v_e=30,000 \text{ m/s}$, de este modo

Y digamos que la masa de nuestra carga útil es de 1 kilogramo:

La forma de relatividad especial de la ecuación del cohete es

Resolviendo para la masa inicial del cohete (alimentado)$m_0$,

Se estima que la masa del universo observable es de solo 1,5x10$^{53}$kg.

Yo diría que no.

Breakthrough Starshot afirma ser capaz de alcanzar 0.15c a 0.2c. Pero, el concepto se basa en un enjambre de sondas diminutas (escala de centímetros). Serían propulsados ​​por un láser "basado en tierra"; ningún propulsor a bordo evita la tiranía de la ecuación del cohete. Breakthrough Starshot depende de una serie de tecnologías que aún no están disponibles o no son lo suficientemente avanzadas para cumplir con los parámetros requeridos. Para los vuelos espaciales relativistas, parece lo más cercano a lo que se puede lograr hoy en día, si se mide "cerca" en décadas.

Sí, con propulsión de pulsos nucleares.

El objeto más rápido hecho por el hombre es un "tapacubos" que se usó para cubrir un sitio de prueba de explosión nuclear, que fue registrado a 125,000 millas por hora . Con una nave espacial diseñada para usar bombas nucleares para la propulsión, se ha sugerido que es posible construir una nave espacial que pueda alcanzar .1c con tecnologías modernas, aunque hacerlo requeriría resolver primero algunos desafíos de ingeniería. El Proyecto Longshot de la NASA , por ejemplo, se calculó con una velocidad máxima de .045c en un viaje a Alpha Centauri, y presumiblemente sería capaz de alcanzar una velocidad de aproximadamente el doble si usaran todo su combustible sin dejar nada para la desaceleración.

Dado que los cohetes claramente no están hechos para esto, me parece bastante extraño que, a pesar de un par de menciones en los comentarios, Breakthrough Starshot no esté recibiendo más discusión aquí a pesar de que fue literalmente lo primero que me vino a la mente cuando vi esta pregunta arriba. Y eso lleva a uno a considerar naturalmente el estado del arte de la propulsión de haz , porque eso es lo relevante aquí.

La propulsión por haz, por supuesto, elude la ecuación de los cohetes al dejar el combustible en el suelo, de modo que ya no se aplica el asunto de "tener que elevar el combustible para elevar el combustible para elevar el combustible a..." que crea el problema exponencial con los cohetes.

Ahora, el método más simple para hacer propulsión por rayos, quizás, es un láser y, de hecho, BTSS pretendía usar exactamente eso. Dado que no se espera que BTSS produzca resultados durante unos 50 años o más (iirc), entonces diría que esto no es "actual" según su definición, pero dado que las publicaciones al menos han examinado la viabilidad de usar cohetes existentes , creo que es justo intentar un análisis similar, al menos superficial, de las posibilidades existentes para la propulsión de rayos láser.

La propulsión de haz, por supuesto, funciona según el principio de que la luz transporta tanto impulso como energía y, por lo tanto, si se dirige adecuadamente a una nave, puede crear una fuerza (transferencia de impulso) sobre ella. La ecuación relevante es la de Einstein.

dónde$E$es la energía en el haz de luz. Si la nave espacial es un reflector ideal, logrará adquirir el doble porque el haz se refleja hacia atrás, y esa reflexión hacia atrás debe equilibrarse con un impulso adicional hacia adelante igual a todo el haz original gracias a la conservación del impulso.

Tenga en cuenta, por supuesto, que existe el factor$c$en el denominador, que, en unidades de escala humana, es increíblemente grande: como resultado, incluso una energía modesta solo producirá un poco de impulso adicional y, por lo tanto, solo una aceleración mínima de una nave espacial. En particular, usando$p = \gamma mv$para una nave espacial relativista general, vemos la energía requerida para acelerar a la velocidad$v$es

para el caso de reflexión ideal. Asimismo, si se nos asigna una cierta cantidad de energía y queremos una determinada velocidad objetivo, podemos calcular la masa máxima:

Entonces, ¿cuánta energía láser podemos reunir razonablemente? Bueno, aparentemente hubo un láser desde la década de 1980 llamado " MIRACL ", que era un láser dinámico de gas químico , lo que significa que en lugar de energía eléctrica, se alimentaba directamente con un combustible químico especial y obtenía una potencia máxima superior a 1 MW y 70 s tiempo de disparo, lo que significa que puedes tener 70 MJ para jugar.

Ya que se ha construido, podría volver a serlo y, tal vez, mejor ahora. Por lo tanto, diría, aunque no sé si este es el estado del arte ahora , definitivamente podría ser un valor razonable para "hoy". Supongamos que construimos 100 de estos láseres, que serían 7000 MJ, y queremos calcular la masa más grande. usando la velocidad$0.1\ \mathrm{c}$, de modo que$\gamma \approx 1.005$y

o$1.54 \times 10^{-12}\ \mathrm{Gg}$(gigagramos). Reduciendo esas unidades, vemos que esto es alrededor de 1,5 miligramos.

Entonces, la pregunta es si puede hacer algo útil con 1,5 mg de carga útil total, la mayor parte de la cual tendrá que ser absorbida por la vela ligera, de hecho, si tal vela ligera es posible. Por lo tanto, si esto califica como "una prueba" es algo por lo que ejercería mucha cautela y tenga en cuenta que soy mucho más un teórico que un ingeniero, por lo que aquellos que son más expertos en esto último pueden querer participar y completar este respuesta. Además, tenga en cuenta que esto tiene algunas suposiciones ocultas muy optimistas, como que podemos reflejar el 100% de la luz láser (imposible), yque podemos mantener el 100% del haz enfocado en la nave (este es un gran problema con el proyecto BTSS real). Por lo tanto, tal vez podría decir que 0.15 mg podría ser un mejor objetivo y, entonces, no comienza a sonar demasiado bien para la vela.

Por supuesto, también se puede trabajar al revés: dada la energía y la masa artesanal, ¿qué tan rápido podemos obtenerla?$0.1\ \mathrm{c}$puede estar fuera, pero ¿qué pasa si estamos dispuestos a enviar al menos un precursor interestelar , por ejemplo, algo así como las "mil unidades astronómicas" (TAU) que se propuso una vez hace mucho tiempo? Supongamos que tuviéramos que tomar una masa artesanal de, digamos, 1 gramo o 1000 mg. Usando las mismas ecuaciones, podemos resolver para$\gamma v$por

para que con ahora$E = 7000\ \mathrm{MJ}$y$m = 10^{-9}\ \mathrm{Gg}$, obtenemos un$\gamma v$acerca de$46\ \mathrm{km/s}$, por lo que se trata de la velocidad real. No es mucho mejor que los cohetes químicos, pero podría llevarte a 1000 AU - 150 000 Gm - in (teniendo en cuenta que km/s es lo mismo que Gm/Ms) ~3200 Ms que, si bien es más largo que una vida humana típica de 2200 Ms ( ~70 años) o incluso uno largo de 3000, todavía está dentro del alcance de unos pocos que tendrían suerte. Todavía bastante abismal, aunque especialmente. por lo que dije de que esto está muy idealizado como en el caso anterior.

Así que diría que, sí, probablemente tampoco sea factible hacer que una sonda espacial funcione con esta ruta. No obstante, al menos estoy un poco sorprendido por cómo y eso es algo que tal vez al menos podrías ver con tus ojos que podríamos , si consideráramos que vale la pena gastar el dinero, loft, si no ahora mismo , entonces bastante antes de 50 años (1577Ms). Tenga en cuenta que "genial" puede, al menos, ser una inspiración para algo mejor.

Un ángulo más que señalaría es que para que los láseres sean realmente útiles, lo ideal sería no lanzarlos desde la Tierra, sino desde la Luna, debido a la atmósfera. Afortunadamente, un láser gasdinámico químico es casi ideal para eso debido al hecho de que contiene su propia planta de energía; la desventaja es que MIRACL era algo bastante grande y requeriría mucha capacidad de lanzamiento para llevar 100 de ellos a la Luna. No obstante, podría ser posible esp. con los BFR de Elon Musk, aunque eso todavía no es " hoy ".

New Horizons fue el objeto más rápido hecho por el hombre en el espacio alcanzando los 16,26 km/s después del lanzamiento. Después de la asistencia por gravedad se alcanzó más tarde 23,3 km/s.

La velocidad de la luz es de unos 300.000 km/s. 0,001 c es 300 km/s, aproximadamente 20 veces la velocidad de New Horizons y 400 veces la energía cinética. Debido a la ecuación del cohete, 300 km/s es imposible con la tecnología actual.

Las cosas más pesadas que somos capaces de acelerar a 0,1c hoy en día son átomos pesados ​​o moléculas pequeñas.

Siempre puede estirar la definición de "sonda", por supuesto.

¿Es posible crear una sonda espacial relativista de al menos 0,1c con la tecnología actual?

¡Por supuesto! ¡Un niño podría hacerlo! ¡Un niño podría hacerlo!

Quitemos los logaritmos primero. Con$m_f/m_i = 20$e ignorando la relatividad especial necesitaríamos una velocidad de escape$v_E$de$0.1 \ c \ / \ \ln(20) = 0.033 \ c$.

¿Qué protones de energía necesitaríamos de un motor de iones para que su velocidad sea$0.033 \ c$?

La masa de un protón$m_P c^2$es de unos 938 MeV, por lo que la energía tendría que ser

Entonces, si construyó una nave espacial que era 95% en masa de hidrógeno líquido y el otro 5% era un linac RFQ de protones de bajo voltaje alimentado por energía eléctrica o incluso solo un acelerador reticulado a 540 keV, ¡está listo para comenzar! Tiene espacio para ser su bomba de vacío y, si es inteligente, los recubrimientos de sus resonadores pueden ser superconductores para minimizar el ruido óhmico.$I^2 R$pérdidas que produciría el cobre, por lo que es posible que pueda mantener su energía bastante baja. Todavía necesitará una fuente de iones que produzca protones y tendrá que reciclar todo el hidrógeno y los protones no unidos que no se pueden agrupar en la aceptación de su linac si usa uno, pero esos son los descansos.

Si su sistema tiene problemas de eficiencia de masa (pérdida de hidrógeno), simplemente aumente su RFQ a unos pocos MeV.

Vea esta respuesta a Si el impulso específico está directamente relacionado con la velocidad de escape, ¿un posacelerador de iones mejoraría el Isp de un sistema de propulsión? para leer más.

Aquí hay una RFQ de 5 MeV (esa cosa diminuta a la izquierda) seguida de otro refuerzo: LUZ: un acelerador lineal para la terapia de protones

(haga clic para ver el tamaño completo) izquierda: Laboratorio Lawrence Berkeley de radiofrecuencia cuadrupolo (RFQ) derecha: técnico ajustando un cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ)