恒星エンジン

恒星エンジンは、恒星の資源を利用して利用可能な仕事（エクセルギーとも呼ばれる）を生み出す仮想の巨大構造物の一種である。例えば、恒星のエネルギーを利用して機械的、電気的、または化学的仕事を生み出したり、恒星から放射される光の衝撃を利用して推力を生み出し、恒星系の動きを制御できる。^[1]この概念は、バデスクとキャスカートによって提唱された。^[2]推力を生み出す変種は、恒星とその周りを特定の方向に周回するあらゆるものを加速することができる。^{[3] [4]このようなシステムの作成により、その構築者は}カルダシェフスケールのタイプII文明となる。

恒星エンジンには3つのクラスが定義されています。^[2]

恒星エンジンの最も単純な例の 1 つは、シュカドフスラスタ( 最初に提案したレオニード・シュカドフ博士にちなんで名付けられた)、またはクラス A恒星エンジンです。^[5]このようなエンジンは恒星推進システムであり、巨大なミラー/ライトセイル(実際にはメガストラクチャーに分類されるほどの大きさの巨大な太陽静止物体) で構成され、恒星に向かう重力と恒星から離れる放射圧のバランスをとります。恒星の放射圧は非対称になるため(つまり、一方の方向に他の方向よりも多くの放射が放出されるため)、「余分な」放射圧が正味の推力として機能し、ホバリングする静止物体の方向に恒星を加速します。このような推力と加速は非常にわずかですが、このようなシステムは数千年にわたって安定する可能性があります。恒星に付着した惑星系はすべて、その親星に「引きずられて」いきます。太陽のような明るさ3.85 × 10²⁶  W、質量1.99 × 10³⁰  kgの場合、太陽光出力の半分を反射して生成される総推力は1.28 × 10¹⁸  N。100 万年後には、速度は 20 m/s になり、元の位置からの変位は 0.03 光年になります。10 億年後には、速度は 20 km/s になり、変位は 34,000 光年になります。これは、天の川銀河の推定幅の 3 分の 1 を少し超える程度です。

クラスB恒星エンジンは、恒星の周囲にある 2 つの同心球で構成されています。内側の球 (ダイソン殻と同化している可能性があります) は恒星からエネルギーを受け取り、外側の球よりも高温になります。2 つの球の温度差によって熱エンジンが駆動され、機械的な作業を行うことができます。

シュカドフスラスタとは異なり、クラス B 恒星エンジンは推進力がありません。

^{バデスク・カスカートエンジン[2]}などのクラス C 恒星エンジンは、他の2 つのクラスを組み合わせたもので、シュカドフスラスタの推進機能とクラス B エンジンのエネルギー生成機能の両方を採用しています。 鏡で部分的に覆われた高温のダイソンシェルと、低温の外球を組み合わせたものが、このようなシステムの 1 つの具体化です。 非球面の鏡は、光パルスを有効な推力に変換することを保証し (クラス A 恒星エンジンのように)、温度差を利用して恒星エネルギーを機械的な仕事に変換することができます (クラス B 恒星エンジンのように)。 このようなシステムは、非推進シェルと同じ安定化の問題を抱えていることに注意する必要があります。これは、大きなスタタイト鏡を備えたダイソン群の場合と同じです(上の画像を参照)。ダイソンバブルの亜種は、すでにシュカドフスラスタです (スタタイトコンポーネントの配置が非対称である場合)。コンポーネントにエネルギー抽出機能を追加することは、ほとんど些細な拡張のように思えます。

イリノイ州立大学の天文学者マシュー・E・カプランは、集中した恒星エネルギー（クラスAのミラースタタイトを再利用）を使用して恒星の外表面の特定の領域を励起し、複数のブサードラムジェットアセンブリで収集するための太陽風のビームを作成するタイプの恒星エンジンを提案しました。ラムジェットは、軌道を安定させる指向性プラズマと、恒星を押すための酸素14のジェットを生成します。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、ブサードエンジンが1秒あたり10 ¹²  kg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、500万年後に速度200 km/s、  100万年間で10パーセクの距離を生み出すと見積もっています。理論上はブッサードエンジンは1億年間作動するが、太陽の質量損失率を考慮すると、カプランは1000万年あれば恒星の衝突を回避するのに十分であると考えている。^{[6]彼の提案はドイツの教育}YouTubeチャンネルKurzgesagtの委託を受けた。^[7]

イェール大学のアレクサンダー・A・スヴォロノスは、「スター・タグ」という概念を提唱した。これは、シュカドフ・スラスタとカプラン・エンジンの側面を組み合わせたもので、恒星の動きを制御するさらに強力で効率的なメカニズムを生み出すものである。本質的には、シュカドフ・スラスタの巨大な放物面鏡を、カプラン・エンジンと同様に、恒星から持ち上げられた質量で駆動するエンジンに置き換えるものである。しかし、カプラン・エンジンのように推力ビームで背後から恒星を押すのではなく、シュカドフ・スラスタと同じように、重力リンクを介して前方から恒星を引っ張る。その結果、カプラン・エンジンは推力ビームを 1 本だけ生成すればよい (恒星に向かうが、かろうじて恒星を避ける) のに対し、スヴォロノスは推力ビームを 2 本生成する必要がある (1 本は恒星を背後から押してエンジンと恒星の間の重力を打ち消すため、もう 1 本はシステム全体を前方に推進するため)。その結果、スヴォロノス・スタータグははるかに効率の高いエンジンとなり、大幅に高い加速と最高速度を実現できるようになりました。スヴォロノス・スタータグは、原理的には（完全な効率を前提とすると）、太陽を光速の約27％まで加速することができます（太陽の質量を褐色矮星に変化させるのに十分な量まで燃焼させた後）。^[8]

• ダイソン球