バサード・ラムジェット

星間物質を唯一の燃料源として使用するという問題から、ラム増強型星間ロケット（RAIR）の研究が行われた。RAIRは核燃料を積載し、反応生成物を消費して推力の一部を生成する。しかし、星間物質をすくい取り、これを追加の反応質量として使用してロケットを増強することで、その性能を大幅に向上させる。RAIRの推進システムは、核融合炉、スクープフィールド、プラズマ加速器の3つのサブシステムで構成されている。燃料は加速器とともに船の前方に打ち上げられる。^{[ 8 ]}スクープフィールドは燃料を別の加速器（これはたとえば、原子炉から星間ガスに直接熱エネルギーを伝達する熱交換システムである可能性がある）に送り込み、この加速器は原子炉から電力を供給される。この概念を理解する最良の方法の 1 つは、搭載されている水素核燃料が燃料 (エネルギー源) として機能し、スクープで収集され、後部から高速で排出される星間ガスが推進剤 (反応質量) として機能し、したがって、機体は燃料供給が限られているが、推進剤供給は無制限であると考えることです。通常のバサード ラムジェットは、両方とも無限に供給されます。しかし、理論によれば、バサード ラムジェットは、星間ガスを吸入前に自身の速度まで事前加速する必要があるため抗力を受けますが、RAIR システムは、速度差にもかかわらず、「加速器」機構を介してエネルギーを星間媒体に伝達できるため、はるかに少ない抗力を受けることになります。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

ビームエネルギーと、星間物質から水素を採取する乗り物との組み合わせも別のバリエーションです。太陽系内のレーザーアレイが、線形加速器のようなものを使って推力を発生させる乗り物上のコレクターにビームを照射します。これにより、ラムジェットの核融合炉の問題が解決されます。ビームエネルギーは距離とともに減衰するため、制限があります。^{[ 13 ]}

（ロバート・ズブリンとダナ・アンドリュースによる）計算は、磁気パラシュートまたは磁気帆のアイデアを思いつかせた。これは、目的地での減速をロケットではなく磁気パラシュートで行うことができることを意味するため、恒星間旅行にとって重要になる可能性がある。^{[ 14 ]}

イリノイ州立大学 の天体物理学者マシュー・E・カプランは、ダイソンミラー群を用いて恒星エネルギーを太陽のような恒星の特定領域に集中させ、太陽風ビームを生成し、それを多重ラムジェットアセンブリで収集し、そこから指向性プラズマジェットを生成して軌道を安定させ、酸素14を生成して恒星を加速させる恒星エンジンの一種を提案した。最大効率を仮定した初歩的な計算を用いて、カプランは、バサードエンジンが毎秒 10 ¹⁵グラムの太陽物質を使用して最大 10 ⁻⁹ m/s ²の加速度を生み出し、 500 万年後に200 km/s の速度、100 万年で 10パーセクの距離に達すると推定している。太陽の質量損失率を考慮すると、バサードエンジンは理論的には 1 億年間稼働するが、カプランは恒星衝突回避には 1000 万年で十分だと考えている。^{[ 15 ]} 

Bussardラムジェットの明らかな技術的困難のいくつかは、宇宙船の軌道に沿って固体燃料ペレットを事前に配置することで克服できる。^{[ 16 ]}これは、別の「タンカー」宇宙船が燃料ペレットを投下することによって^{[ 16 ] [ 17 ]}、またはレーザー推進によって行うことができる。^{[ 18 ]}この方法は、「フュージョンランウェイ」^{[ 16 ] [ 18 ]} 、ラムジェットランウェイ^{[ 17 ] 、または「前方補給ランウェイ」 [ 19 ]}と呼ばれている。

ほとんどの提案は従来のバサードラムジェットと同様に核融合エネルギーを使用しているが、核分裂も提案されている。^{[ 19 ]}

このシステムの利点は以下のとおりです。

• 核融合は、少なくとも秒速 200 km の速度で 2 つの燃料ペレットを衝突させることによって実現できます。これは衝撃核融合として知られています。慣性閉じ込め核融合と比較すると、衝撃核融合では球対称のペレットやあらゆる方向からの力の印加は必要ありません。^{[ 16 ]}
• 燃料ペレットには、重水素（水素-2）や三重水素（水素-3）などの同位体を使用できます。^{[ 20 ]}従来のバサードラムジェットは、自然界で最も豊富な水素の同位体であるプロチウム（水素-1）を主に収集します。
• イオン化された核融合燃料のみを発射することで、磁気式または静電式の燃料スクープが燃料をエンジンに容易に送り込むことができる。ただし、この方法では静電反発により燃料が拡散してしまうという欠点がある。
• 燃料を軌道に乗せて発射することで、燃料の速度ベクトルが、その軌道上の当該地点における宇宙機の予想速度ベクトルとほぼ一致するようにする。これにより、燃料の回収によって発生する「抗力」を最小限に抑えることができる。
• ラムジェット用の燃料を事前に搭載することで、バサード設計の利点の1つ（星間空間を通過する際に燃料を回収し、燃料の質量を打ち上げるコストを削減する）は失われるものの、少なくとも燃料の質量とロケットの質量を同時に加速する必要がないという利点は維持される。
• 打ち上げ前に噴射される燃料は、星間物質をある程度可視化し、それによって後続の宇宙船に目に見えない危険（例えば褐色矮星）を警告することができる。

このシステムの主な欠点は以下のとおりです。

• 高速で移動する宇宙船で核融合ランウェイペレットを正確に迎撃する必要がある。レーザーパルスを使用してペレットを誘導することができる。^{[ 16 ]}
• 衝突核融合を使用する場合、宇宙船は核融合を達成するために最低限の速度で移動する必要があります。1つの提案は、宇宙船が太陽すれすれの軌道修正を使用して600 km/sに達することです。^{[ 16 ]}
• 宇宙船は、やむを得ない場合を除き、事前に計算された軌道から逸脱してはならない。もし逸脱すれば、宇宙船は燃料供給源から切り離され、元の軌道に戻る能力は極めて限定されることになる。
• 目的地の恒星で減速するための燃料は、宇宙船の打ち上げの何十年も前に打ち上げなければ入手できない。しかし、磁気帆などの他のシステムをこの目的に利用することは可能である。