Estatorreactor Bussard

El problema de usar el medio interestelar como única fuente de combustible llevó al estudio del cohete interestelar de empuje incrementado (RAIR). El RAIR transporta su suministro de combustible nuclear y expulsa los productos de la reacción para producir parte de su empuje. Sin embargo, mejora enormemente su rendimiento al recoger el medio interestelar y usarlo como masa de reacción adicional para aumentar el empuje del cohete. El sistema de propulsión del RAIR consta de tres subsistemas: un reactor de fusión, un campo de recolección y un acelerador de plasma. El combustible se lanza delante de la nave con el acelerador. ^{[ 8 ]} El campo de recolección canaliza el combustible hacia otro acelerador (que podría ser, por ejemplo, un sistema de intercambio de calor que transfiere energía térmica del reactor directamente al gas interestelar) que recibe energía de un reactor. Una de las mejores maneras de entender este concepto es considerar que el combustible nuclear de hidrógeno transportado a bordo actúa como combustible (fuente de energía), mientras que el gas interestelar recogido por la pala y luego expulsado a gran velocidad por la parte trasera actúa como propulsor (la masa de reacción ). Por lo tanto, el vehículo tiene un suministro limitado de combustible, pero un suministro ilimitado de propulsor. Un estatorreactor Bussard normal tendría un suministro infinito de ambos. Sin embargo, la teoría sugiere que, mientras que un estatorreactor Bussard sufriría resistencia aerodinámica al tener que preacelerar el gas interestelar a su propia velocidad antes de la admisión, un sistema RAIR sería capaz de transferir energía mediante el mecanismo de "acelerador" al medio interestelar a pesar de las diferencias de velocidad, y por lo tanto sufriría mucha menos resistencia aerodinámica. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Otra variante consiste en la energía dirigida acoplada a un vehículo que extrae hidrógeno del medio interestelar. Un conjunto de láseres en el sistema solar dirige la energía a un colector en un vehículo que utiliza un acelerador lineal para generar empuje. Esto resuelve el problema del reactor de fusión para el estatorreactor. Existen limitaciones debido a la atenuación de la energía dirigida con la distancia. ^{[ 13 ]}

Los cálculos (de Robert Zubrin y Dana Andrews) inspiraron la idea de un paracaídas o vela magnética . Esto podría ser importante para los viajes interestelares, ya que significa que la desaceleración en el destino se puede realizar con un paracaídas magnético en lugar de un cohete. ^{[ 14 ]}

El astrofísico Matthew E. Caplan, de la Universidad Estatal de Illinois, ha propuesto un tipo de motor estelar que utiliza un enjambre de espejos de Dyson para concentrar la energía estelar en ciertas regiones de una estrella similar al Sol, produciendo haces de viento solar que serían recolectados por un conjunto de estatorreactores múltiples. Este conjunto, a su vez, produce chorros dirigidos de plasma para estabilizar su órbita y oxígeno-14 para impulsar la estrella. Utilizando cálculos rudimentarios que asumen la máxima eficiencia, Caplan estima que el motor Bussard usaría 10¹⁵ ^gramos por segundo de material solar para producir una aceleración máxima de 10⁻⁹ ^m /s² ^, lo que resultaría en una velocidad de 200  km/s después de 5 millones de años y una distancia de 10 pársecs en 1 millón de años. El motor Bussard funcionaría teóricamente durante 100 millones de años dada la tasa de pérdida de masa del Sol, pero Caplan considera que 10 millones de años son suficientes para evitar una colisión estelar. ^{[ 15 ]}

Varias de las dificultades técnicas evidentes del estatorreactor Bussard pueden superarse colocando previamente gránulos sólidos de combustible a lo largo de la trayectoria de la nave espacial. ^{[ 16 ]} Esto podría hacerse utilizando una nave espacial "tanque" diferente que arroje gránulos de combustible ^{[ 16 ] [ 17 ]} o utilizando propulsión láser. ^{[ 18 ]} El método se ha denominado "pista de fusión", ^{[ 16 ] [ 18 ]} pista de estatorreactor ^{[ 17 ]} o "pista de reabastecimiento frontal". ^{[ 19 ]}

Si bien la mayoría de las propuestas utilizan energía de fusión, como con los estatorreactores Bussard convencionales, también se ha sugerido la fisión. ^{[ 19 ]}

Las ventajas de este sistema incluyen:

• La fusión se puede lograr chocando dos pastillas de combustible a una velocidad de al menos 200 km/s; esto se conoce como fusión por impacto. En comparación con la fusión por confinamiento inercial, la fusión por impacto no requeriría pastillas con simetría esférica ni la aplicación de fuerza desde todas las direcciones. ^{[ 16 ]}
• Los pellets de combustible podrían usar isótopos como el deuterio (hidrógeno-2) o el tritio (hidrógeno-3). ^{[ 20 ]} Un estatorreactor Bussard convencional recolectará principalmente protio (hidrógeno-1), ya que este es el isótopo de hidrógeno más abundante en la naturaleza.
• Se lanza únicamente combustible de fusión ionizado para que los recolectores magnéticos o electrostáticos puedan canalizarlo más fácilmente hacia el motor. El inconveniente es que esto provocará la dispersión del combustible debido a la repulsión electrostática.
• Lanzar el combustible siguiendo una trayectoria tal que su vector de velocidad coincida lo más posible con el vector de velocidad previsto de la nave espacial en ese punto de su trayectoria. Esto minimizará las fuerzas de arrastre generadas por la acumulación de combustible.
• Si bien el combustible prelanzado para el estatorreactor anula una ventaja del diseño Bussard (la recolección de combustible a medida que se desplaza por el medio interestelar, lo que ahorra el costo de lanzar la masa de combustible), al menos conserva la ventaja de no tener que acelerar la masa del combustible y la masa del cohete al mismo tiempo.
• El combustible prelanzado proporcionaría cierta visibilidad del medio interestelar , alertando así a la nave espacial que la sigue de peligros invisibles (por ejemplo, enanas marrones ).

Las principales desventajas de este sistema incluyen:

• La necesidad de interceptar con precisión los gránulos de la pista de fusión con una nave espacial que se mueve a alta velocidad. Se podrían usar pulsos láser para guiar los gránulos. ^{[ 16 ]}
• Si se utiliza la fusión por impacto, la nave espacial debe moverse a una velocidad mínima para lograr la fusión. Una sugerencia es que la nave espacial utilice una maniobra de roce solar para alcanzar los 600 km/s. ^{[ 16 ]}
• La nave espacial no podía desviarse de la trayectoria precalculada a menos que fuera absolutamente necesario. Cualquier desviación de este tipo la separaría de su suministro de combustible y la dejaría con una capacidad mínima para retomar su trayectoria original.
• El combustible necesario para la desaceleración en la estrella de destino no estaría disponible a menos que se lanzara con varias décadas de antelación al lanzamiento de la nave espacial. Sin embargo, otros sistemas (como las velas magnéticas ) podrían utilizarse para este fin.