이름에 q 들어가면 일단 의심부터 하고보긴 하지만 이번에 가져온 건 적어도 가능은 함.
이 글에서 쓰이는 q는 압력의 q임.
이렇게 생긴 차는 직관적으로는 앞으로 가지 못하고 점점 뒤로 밀려날 것임.
이 영상을 보면 자동차가 바람 속력보다 빠르게 달릴 수 있다는 것을 알 수 있음.
이 실험을 우주에 대입하면 태양풍으로 태양풍보다 빠르게 이동하는 우주선을 만들 수 있음.
영상을 보면 만약 바람이 10m/s로 분다고 할 때 저 차를 두면 차의 프로펠러 뒤로는 여전히 8m/s의 바람이 분다는 것임.
2m/s의 손실이 바퀴를 돌리는 데 사용된다고 할 때 바퀴를 돌리는 에너지는 프로펠러에서 얻은 에너지 보다 같거나 적지만, 바퀴를 8m/s 로 돌리는 데 드는 힘은 프로펠러를 돌리는 데 드는 힘보다 훨씬 적을 수 있기 때문에 가속할 수 있음.
이제 바퀴와 프로펠러를 전자기 돚과 이온 엔진으로 바꿔서 생각해보면 위 식이 나옴
전자기 돚으로 얻는 에너지 = 우주선의 항력으로 이온엔진을 돌린다고 하면 사용하는 에너지는 이상적인 경우 같거나 현실적으로 절반 이상 손실을 볼 것임
우주선은 운동량 보존 법칙에 의해 추진력을 얻음.
태양풍은 가벼운 수소, 헬륨같은 원소이지만, 이온 엔진의 추진체는 얼마든지 무거운 원소(제논, 물, 아르곤)를 사용할 수 있음.
위의 그림에 나오는 식처럼 운동량의 변화량만을 생각한다면 같은 에너지를 사용하는 경우 이온 엔진 쪽이 추진력에서 이득을 볼 수 있음
(운동량 p = mv, 힘 F = dp/dt, 일률 P = 1/2mv^2)
따라서 q-드라이브에 배기 속력을 가변적으로 조절할 수 있는 로켓 엔진이 달려있다면(vasimr라거나) 이렇게 질량비에 따라서는 기존의 가변 비추력 이온 엔진을 단 우주선을 이길 수도 있음.
우주선은 이렇게 생겼는데 우주선의 양쪽 끝에 플라즈마 전자석을 달고 전류를 흘려서 이 때 발생하는 자기장이 태양풍에 의해 움직이는 겅 이용해서 발전하는 원리임.
우주선 길이는 수백 km 정도고 자기권의 반경은 수천 km 정도임.
우주선은 광속의 2%까지 가속 가능하다고 함.
예상 해왕성, 수성 미션. 해왕성 부근에서는 태양풍이 약해서 멈추지 못하고 태양계를 탈출할 것임.
이렇게 써 놓으면 좋아보이지만 이 우주선은 태양풍을 충분히 이용하기 위해 크기가 매우 커야하고 그 때문에 가속력도 그렇게 높진 않을것임.
에너지 변환 효율이 이온 엔진을 구동하기 충분할지도 알 수 없음.
아무튼 과학적으로는 가능해 보이지만 공학적으로는 만들어보기 전까지 모름
참고:
Introducing the Q-Drive: A concept that offers the possibility of interstellar flight | Centauri DreamsIntroducing the Q-Drive: A concept that offers the possibility of interstellar flight | Centauri Dreamswww.centauri-dreams.orghttps://tauzero.aero/a-reaction-drive/
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full
Dynamic soaring as a means to exceed the solar wind speedA technique by which a spacecraft can interact with flows of ionized gas in space (the solar wind or interstellar medium) in order to be accelerated to velocities greater than the flow velocity is explored. Inspired by the dynamic soaring maneuvers performed by sea birds and gliders in which differences in wind speed are exploited to gain velocity, in the proposed technique a lift-generating spacecraft circles between regions of the heliosphere that have different wind speeds, gaining energy in the process without the use of propellant and only modest onboard power requirements. In the simplest analysis, the spacecraft motion can be modeled as a series of elastic collisions between regions of the medium moving at different speeds. More detailed models of the spacecraft trajectory are developed to predict the potential velocity gains and the maximum velocity that may be achieved in terms of the lift-to-drag ratio of the vehicle. A lift-generating mechanism is proposed in which power is extracted from the flow over the vehicle in the flight direction and then used to accelerate the surrounding medium in the transverse direction, generating lift (i.e., a force perpendicular to the flow). Large values of lift-to-drag ratio are shown to be possible in the case where a small transverse velocity is imparted over a large area of interaction. The requirement for a large interaction area in the extremely low density of the heliosphere precludes the use of a physical wing, but the us...www.frontiersin.orghttps://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=50611.0
Q DriveQ Driveforum.nasaspaceflight.com
만약 상용화 가능하다고 해도 소행성 채굴은 기본이고 대형 콜로니를 붕어빵처럼 찍어내는 수준은 되어야 가성비가 나오겠네
열핵/이온엔진 써서 시스루나하고 화성부터 천천히 개척하다보면 볼 수도 있겠지