Stjärnmotor

Diagram över en stjärnmotor av klass C (i skala) byggd runt en solliknande stjärna. Den består av en partiell Dyson-svärm bestående av 5 Dyson-ringar av solfångare (klass-B-komponenten) och en stor statit Shkadov-propeller (klass-A-komponenten). Perspektiv är underifrån systemets ekliptika på ett avstånd av ~2,8 AU . Systemets accelerationsriktning är på en vektor från stjärnans centrum genom mitten av Shkadov-propellern, som svävar över stjärnans nordpol (med hänsyn till ekliptikan), på ett avstånd av 1 AU.

Stjärnmotorer är en klass av hypotetiska megastrukturer som används för att kontrollera rörelsen hos ett stjärnsystem. Konceptet har introducerats av Badescu och Cathcart. Vissa varianter använder denna energi för att producera dragkraft och på så sätt accelerera en stjärna och allt som kretsar runt den i en given riktning. Skapandet av ett sådant system skulle göra dess byggare till en typ II-civilisation på Kardashev-skalan .

Klasser

Tre klasser av stjärnmotorer har definierats.

Klass A (Shkadov thruster)

Ett av de enklaste exemplen på en stjärnmotor är Shkadov-propellern (uppkallad efter Dr. Leonid Shkadov , som först föreslog den), eller en klass-A stjärnmotor. En sådan motor är ett stjärnframdrivningssystem, bestående av en enorm spegel/ ljussegel - i själva verket en massiv typ av solstatit som är tillräckligt stor för att klassificeras som en megastruktur - som skulle balansera gravitationsattraktion mot och strålningstryck bort från stjärnan. Eftersom stjärnans strålningstryck nu skulle vara asymmetriskt , dvs mer strålning sänds ut i en riktning jämfört med en annan, fungerar det "överskott" strålningstrycket som nettodragkraft och accelererar stjärnan i riktning mot den svävande statiten. Sådan dragkraft och acceleration skulle vara mycket liten, men ett sådant system skulle kunna vara stabilt i årtusenden. Alla planetsystem som är kopplade till stjärnan skulle "dras" med av sin moderstjärna. För en stjärna som solen , med ljusstyrka 3,85 × 10 ²⁶ W och massa 1,99 × 10 ³⁰ kg , skulle den totala dragkraften som produceras genom att reflektera hälften av solenergin vara 1,28 × 10 ¹⁸ N. Efter en period på en miljon år skulle detta ge en tilldelad hastighet på 20 m/s, med en förskjutning från den ursprungliga positionen på 0,03 ljusår . Efter en miljard år skulle hastigheten vara 20 km/s och förskjutningen 34 000 ljusår, lite över en tredjedel av Vintergatans beräknade bredd .

Klass B

En stjärnmotor av klass B är en Dyson-sfär – av vilken variant som helst – byggd runt stjärnan, som använder temperaturskillnaden mellan stjärnan och det interstellära mediet för att extrahera användbar energi från systemet, eventuellt med hjälp av värmemotorer eller fotovoltaiska celler. Till skillnad från Shkadov-propellern är ett sådant system inte framdrivande.

Klass C

En stjärnmotor av klass C, som Badescu-Cathcart-motorn, kombinerar de två andra klasserna, och använder både de framdrivande aspekterna av Shkadov-propellern och de energigenererande aspekterna av en klass B-motor . Ett Dyson-skal med en inre yta delvis täckt av en spegel skulle vara en inkarnation av ett sådant system (även om det lider av samma stabiliseringsproblem som ett icke-framdrivande skal), vilket skulle vara en Dyson- svärm med en stor statitspegel (se bilden ovan). En Dyson bubbelvariant är redan en Shkadov-propeller (förutsatt att arrangemanget av statitkomponenter är asymmetriskt); att lägga till energiutvinningsförmåga till komponenterna verkar vara en nästan trivial förlängning.

Caplan thruster

Astronomen Matthew E. Caplan från Illinois State University har föreslagit en typ av stjärnmotor som använder koncentrerad stjärnenergi (som återställer spegelstatiterna från klass A) för att excitera vissa områden på stjärnans yttre yta och skapa strålar av solvind för insamling av en multibussard ramjet- enhet. Ramjetstrålarna skulle producera riktad plasma för att stabilisera dess omloppsbana och strålar av syre-14 för att driva stjärnan. Med hjälp av rudimentära beräkningar som antar maximal effektivitet, uppskattar Caplan att Bussard-motorn skulle använda 10 ¹² kg solmaterial per sekund för att producera en maximal acceleration på 10 ⁻⁹ m/s ² , vilket ger en hastighet på 200 km/s efter 5 miljoner år och ett avstånd på 10 parsecs över 1 miljon år. Medan Bussard-motorn teoretiskt skulle fungera i 100 miljoner år, med tanke på solens massförlusthastighet, anser Caplan att 10 miljoner år är tillräckligt för att undvika en kollision av stjärnan. Hans förslag beställdes av den tyska utbildningskanalen på YouTube Kurzgesagt .

Se även

Stellar engine (artikel på webbplatsen för Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy and Spaceflight)
Solresor ( Astronomy Today , Exploration Section)
Shkadov, LM (10–17 oktober 1987). Möjlighet att kontrollera solsystemets rörelse i galaxen . Internationella astronautiska federationens 38:e kongress . Brighton, Storbritannien. Bibcode : 1987brig.iafcR....S . Papper IAA-87-613.