バサードラムジェット

バサードラムジェットは、恒星間旅行のための宇宙船の推進の理論的な方法です。高速で移動する宇宙船は、巨大な漏斗状の磁場 (直径数キロメートルから数千キロメートルの範囲) を使用して、星間物質から水素をすくい上げます。水素は熱核融合が起こるまで圧縮され、漏斗によって生じる抗力に対抗する推力と磁場を動かすエネルギーが得られます。したがって、バサード ラムジェットは、核融合ロケットのラムジェットの変種と見なすことができます。^[要出典]

バサードラムジェットは1960年に物理学者ロバート・W・バサードによって提案された。^[1]

この概念は、ポール・アンダーソンの小説『タウ・ゼロ』、ラリー・ニーヴンの著書『ノウン・スペース』、ヴァーナー・ヴィンジの著書『ゾーン・オブ・ソート』、そしてカール・セーガンのテレビシリーズや書籍 『コスモス』で言及されたことで広く知られるようになりました。^[要出典]

ブサードの最初の提案以来、太陽系を取り囲む領域の水素密度は当時考えられていたよりもはるかに低いことが発見されている（局所星間雲を参照）。1969年、ジョン・フォード・フィッシュバックは必要な磁場の詳細を記述し、重要な貢献をした。^[2]

1978年、TAヘッペンハイマーはブサードの陽子融合の当初の提案を分析したが、陽子を核融合密度まで圧縮する際の制動放射線損失が、生成可能な電力よりも約10億倍大きいことを発見し、ブサードのラムジェットの提案バージョンは実現不可能であると示した。^[3]しかし、ダニエル・P・ホイットマイアの1975年の分析^{[4]は、ラムジェットは}CNOサイクルを介して正味電力を達成できる可能性があることを示している。CNOサイクルは、陽子-陽子連鎖よりもはるかに高い速度（約10 ¹⁶倍）で核融合を生成する。^[要出典]

ロバート・ズブリンとダナ・アンドリュースは1988年にブサードのラムジェット設計の仮説的バージョンを分析した。^[5]彼らは、彼らのバージョンのラムジェットは太陽風に向かって加速できないと判断した。^[要出典]

2021年の研究では、原理的には実現可能だが、実用的なブッサードラムジェットの実用的構築はカルダシェフII型文明の能力を超えていることが判明した。^{[6] [7]}

星間物質を唯一の燃料源として使用することの問題から、ラム増強星間ロケット（RAIR）の研究が進められた。RAIRは核燃料を運搬し、反応生成物を排出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、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る。燃料は加速器によって宇宙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（たとえば、熱エネルギーを原子炉から星間ガスに直接伝達する熱交換システム）に送り込み、その加速器には原子炉から電力が供給される。この概念を理解する最も良い方法の 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、スクープによって収集され、その後、後部から高速で排出される星間ガスが推進剤 (反応物質) として機能すると考えることです。したがって、この乗り物は燃料供給が限られていますが、推進剤供給は無制限です。通常の Bussard ラムジェットは、どちらも無限に供給されます。ただし、理論によれば、Bussard ラムジェットは、吸入前に星間ガスを自身の速度まで事前に加速する必要があるため抗力が発生しますが、RAIR システムは、速度の違いにかかわらず「加速器」メカニズムを介してエネルギーを星間媒体に転送できるため、抗力ははるかに少なくなります。^{[9] [10] [11] [12]}

ビームエネルギーと、星間物質から水素をすくい取る乗り物を組み合わせるのも別のバリエーションです。太陽系のレーザーアレイから、線形加速器のようなものを使って推力を生み出す乗り物のコレクターにビームが送られます。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帆のアイデアを思い起こさせた。これは、目的地での減速がロケットではなく磁気パラシュートで実行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使って太陽のような恒星の特定の領域に恒星のエネルギーを集中させ、太陽風のビームを生成して多重ラムジェットアセンブリで収集し、次にプラズマの指向性ジェットを生成して軌道を安定させ、酸素14で恒星を押し出すというタイプの恒星エンジンを提案している。最大効率を前提とした基本的な計算を使用して、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、500万年後には速度200 km/s、100万年で10パーセクの距離を生み出すと見積もっている。太陽の質量損失率を考えると、バサードエンジンは理論的には1億年間動作するが、カプランは恒星の衝突を回避するには1000万年で十分であると考えている。^[15]

バスサードラムジェットの明らかな技術的問題のいくつかは、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ます。^[16]これは、別の「タンカー」宇宙船を使用して燃料ペレットを投下するか^{、[16] [17]レーザー推進を使用するか、または[18]}行うことができます。この方法は、「フュージョン滑走路」、^{[16] [18]}ラムジェット滑走路^[17]または「前方補給滑走路」と呼ばれています。^[19]

ほとんどの提案では従来のブサードラムジェットと同様に核融合エネルギーが使用されていますが、核分裂も提案されています。^[19]

このシステムの利点は次のとおりです。

• 核融合は、2つの燃料ペレットを少なくとも200 km/sの速度で衝突させることで達成できます。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して、衝撃核融合では球対称のペレットや全方向からの力の適用は必要ありません。^[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することができます。^{[20]従来のブサードラムジェットは、自然界で最も豊富な水素同位体である}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打ち上げることで、磁気スクープまたは静電スクープが燃料をより簡単にエンジンに送り込むことができる。欠点は、静電反発により燃料が分散してしまうことである。^[要出典]
• 燃料を軌道上に打ち上げると、燃料の速度ベクトルが軌道上のその地点における宇宙船の予想速度ベクトルとほぼ一致する。これにより、燃料の収集によって発生する「抗力」が最小限に抑えられる。^{[引用が必要]}
• ラムジェットの事前発射燃料は、バサード設計の 1 つの利点 (星間物質を移動する燃料の収集により、燃料の質量の発射コストを節約) を打ち消しますが、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保持されます。^{[引用が必要]}
• 事前に打ち上げられた燃料は星間物質をある程度可視化し、後続の宇宙船に目に見えない危険（褐色矮星など）を警告することになる。^[要出典]

このシステムの主な欠点は次のとおりです。^[要出典]

• 高速で移動する宇宙船で核融合滑走路ペレットを正確に迎撃する必要性。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ます。^[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、宇宙船が太陽スキミング操作を使用して600 km/sに到達することです。^[16]
• 宇宙船は、必要でない限り、事前に計算された軌道から外れることはできない。そのような軌道からの逸脱は、宇宙船を燃料供給から切り離し、元の軌道に戻る能力を最小限にとどめることになる。^[要出典]
• 目的の恒星で減速するための事前打ち上げ燃料は、宇宙船の打ち上げの何十年も前に打ち上げられない限り利用できない。しかし、他のシステム（磁気帆など）をこの目的に使用できる。^{[引用が必要]}

• 核融合ロケット
• ラムジェット

• ラムジェットの計算の詳細については、Mallove, Eugene F.、Matloff, Gregory L. (1989) の「The Star Flight Handbook」を参照してください。Wiley。ISBN 978-0-471-61912-3。
• マロブ、ユージン (1989)。『スターフライトハンドブック』。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社、 ISBN 978-0-471-61912-3。
• マトロフ、グレゴリー（2005年8月5日）。『深宇宙探査機：太陽系外縁部とその先へ』Springer Praxis Books。ISBN 978-3540247722。
• アンダーソン、ポール (2006)。タウゼロ。ゴランツ。ISBN 978-1407239132。

• 星間物質
• 星間水素
• バサード ラムジェットの画像