フィールド推進

磁場推進とは、推進剤を必要とせず、代わりに恒星や惑星からの重力や磁場などの外部力場と宇宙船との相互作用によって宇宙船の運動量が変化する宇宙船推進の概念です。磁場推進を使用する提案された駆動装置は、しばしば無反動駆動装置または無推進装置と呼ばれます。

宇宙では現在広く使用されていないが、推進のために海水やプラズマなどの伝導媒体に電磁場を作用させる「場の推進」の地上で実証された例があり、磁気流体力学またはMHDとして知られている。MHDは動作が電気モーターと似ているが、可動部品や金属導体を使用するのではなく、流体またはプラズマ導体が使用される。EMS-1と、より最近ではヤマト1 ^[1]は、1994年に初めて説明されたそのような電磁場推進システムの例である。^{[2] NASAの}電気力学テザー、ローレンツ駆動軌道^[3]、無翼電磁航空機、磁気プラズマ力学スラスタ（推進剤を使用する） などの実験で、MHDを宇宙環境に適用できる可能性がある。

電気流体力学は、電荷を帯びた流体を推進力や境界層制御（イオン推進など）に利用する別の方法である^[要出典]

磁場推進と大まかに考えられる他の実用的な方法には、惑星の重力場と軌道運動量を使用する重力補助軌道、太陽帆と磁気帆がそれぞれ宇宙船の推進力として放射圧と太陽風を使用する方法、エアロブレーキングが惑星の大気を利用して宇宙船の相対速度を変える方法などがある。最後の 2 つは、実際には物理粒子との運動量の交換を伴うため、通常は磁場との相互作用として表現されないが、宇宙船の推進剤を必要としないため、磁場推進の例に含まれることがある。例として、マグセイル磁気帆の設計がある。^{[4] : セクション VIII}

提案されている他の概念は、「最先端の物理学」と現代物理学の概念を使用した推測的なものです。これまでのところ、これらの方法はどれも明確に実証されておらず、実用的であることが証明されていません。

ウッドワード効果は、慣性という議論の多い概念と、一般相対性理論の方程式の特定の解に基づいています。この効果を決定的に実証しようとする実験は、1990 年代から行われてきました。

対照的に、現在のパラダイム外の物理学に依存する場推進の提案の例には、超光速、ワープドライブ、反重力のさまざまなスキームがあり、多くの場合、物理的な根拠が知られていない、キャッチーな説明フレーズに過ぎません^{[引用が必要]}。エネルギーと運動量の保存則が特定の条件（またはスケール）で破綻することが証明されるまで、議論に値するそのようなスキームは、局所的な力場などの外部ソースから宇宙船へのエネルギーと運動量の転送に依存しなければならず、その外部ソースは、宇宙内のさらに別の運動量および/またはエネルギー源からエネルギーを取得する必要があります（エネルギーと運動量の両方の保存則を満たすため）。^{[引用が必要]}

カシミール効果を利用して、推進剤を使わない推進装置（カシミールセイル、量子セイルとも呼ばれる）を開発できるのではないかと推測する人もいます。^{[5] [6] [7] [8]}

この概念は、一般相対性理論と量子場理論に基づいており、そこから空間には物理的構造があるという考えが提唱される。マクロ構造は一般相対性理論によって記述され、ミクロ構造は量子場理論によって記述される。その考えは、宇宙船の周囲の空間を変形させることである。空間を変形させることにより、宇宙船の後ろの圧力が宇宙船の前よりも高い領域を作り出すことができる。圧力勾配により、宇宙船に力が加わり、それが推進力を生み出す。^[9]この推進概念は純粋に理論的な性質のため、達成可能な推力の量と最大速度を決定することは困難である。現在、このような場の推進システムには、純粋に一般相対性理論に基づくものと量子場理論に基づくものの 2 つの異なる概念がある。^[10]

一般相対論的場推進システムでは、空間はゴムのような弾性場であると考えられており、空間自体を無限弾性体として扱うことができる。時空が曲がると、圧力場として機能する通常の内向き表面応力が発生する。宇宙船の背後に多数の曲面を作成することで、宇宙船の加速に使用できる一方向の表面力を実現できる。^[10]

量子場理論による推進システムでは、量子場理論と量子電磁力学で述べられているように、量子真空は非放射モードのゼロ放射電磁場とゼロ点エネルギー状態（可能な限り最低のエネルギー状態）から構成されると想定されています。また、物質は基本的な一次荷電実体、つまり基本振動子として結合したパートンから構成されていると理論化されています。電磁ゼロ点場を適用することで、パートンにローレンツ力が適用されます。これを誘電体に使用すると、質量の慣性に影響を与え、物質内部に応力や歪みを生じさせることなく物質の加速を作成できます。^[10]

運動量保存則は推進システムの基本要件です。実験では運動量は常に保存されるからです。^{[11]この保存則はニュートンとガリレオの出版された研究に暗黙的に含まれていますが、基本的なレベルでは、}ノイマンの定理で示されるように、物理法則の空間並進対称性から生じています。それぞれの推進技術では、運動量の前方への変化をバランスさせるために、光速「c」またはそれより遅い速度「v」で後方に向けられた運動量との何らかの形のエネルギー交換が必要です。外部場との相互作用がない場合、推力「F」を生み出すために必要な電力「P」は、質量が放出されるか、質量のないエネルギーが放出されるかによって決まります。 ${\displaystyle F=P/v}$${\displaystyle F=P/c}$

光子ロケットの場合、効率が低すぎて競争力がありません。^[12]射出速度が光速未満の場合、または局所的な場が宇宙に存在する同じタイプの別の大規模な場と相互作用できる場合、他の技術の方が効率が高くなる可能性があります。これが場効果推進の目的です。

フィールド推進システムの主な利点は、推進剤が不要で、必要なのはエネルギー源だけであることです。つまり、推進剤を宇宙船に保管して輸送する必要がないため、長期の惑星間または恒星間 有人ミッションにも魅力的です。^[10]現在の技術では、帰路用の大量の燃料を目的地に運ぶ必要があり、宇宙船全体のペイロードが大幅に増加します。燃料のペイロードが増加すると、加速するためにより大きな力が必要になり、さらに多くの燃料が必要になります。これが現在のロケット技術の主な欠点です。軌道に到達できる水素酸素駆動ロケットの約83％は燃料です。^[13]

磁場推進では燃料タンクが必要ないという考えは、技術的に不正確です。星間旅行では、高速に達するために必要なエネルギーが無視できなくなっています。たとえば、光速の1/10 で移動する1トンの宇宙船は、 4.5 × 10 ¹⁷ジュールの運動エネルギーを運びます。これは、質量エネルギー等価性によると5 kgに相当します。つまり、そのような速度まで加速するには、どのように達成するかに関係なく、宇宙船は少なくとも 5 kg の質量/エネルギーを運動量に変換し、100% の効率を想定する必要があります。このような質量は「排出」されていませんが、それでも「処分」されています。

• 現在の船舶用現場推進システムの例。
• 既存の物理学に基づいた可能なフィールド推進システムの例と、このトピックに関する論文へのリンク。リンク切れ
• ストヤン・サーグ (2009)。重力制御によるフィールド推進: 理論と実験。CreateSpace 独立出版プラットフォーム。ISBN 978-1-4486-9308-5。
• Y.ミナミ, フィールド推進の概念入門, JBIS,56,350-359(2003).
• 南 勇、武者 孝、宇宙旅行のためのフィールド推進システム、第 7 回 IAA シンポジウム「現実的な近未来先進科学宇宙ミッション」、2011 年 7 月 11 ～ 13 日、イタリア、アオスタ
• Ed.T.Musha、Y.Minami、「宇宙旅行のためのフィールド推進システム：星間旅行のための非従来型推進方法の物理学」、2011年ISBN 978-1-60805-270-7。 
• 磁場共鳴推進コンセプト - NASA
• ASPS
• エネルギーの高密度、共整列、非対称角加速度による自然の全ベクトルテンソルのバイアス