अंतरिक्ष यात्रा निरंतर त्वरण के तहत

निरंतर त्वरण के तहत अंतरिक्ष यात्रा अंतरिक्ष उड़ान की एक काल्पनिक विधि है जिसमें एक प्रणोदन प्रणाली का उपयोग शामिल होता है जो पारंपरिक रासायनिक रॉकेट द्वारा उत्पादित लघु, आवेग (भौतिकी) के बजाय निरंतर त्वरण उत्पन्न करता है। यात्रा की पहली छमाही के लिए प्रणोदन प्रणाली अंतरिक्ष यान को अपने गंतव्य की ओर लगातार गति देगी, और यात्रा के दूसरे भाग के लिए यह लगातार अंतरिक्ष यान को धीमा कर देगी। सापेक्ष गति प्राप्त करने के लिए निरंतर त्वरण का उपयोग किया जा सकता है, यह मानव अंतरतारकीय यात्रा को प्राप्त करने का एक संभावित साधन बनाता है। यात्रा के इस तरीके का प्रयोग अभी तक व्यवहार में नहीं किया गया है।

निरंतर-त्वरण ड्राइव

निरंतर त्वरण के दो मुख्य लाभ हैं:

• यह अंतरग्रहीय और अंतरातारकीय यात्रा का सबसे तेज रूप है।
• यह अपना खुद का कृत्रिम गुरुत्व बनाता है, संभावित रूप से यात्रियों को माइक्रो-जी पर्यावरण के प्रभाव से बचाता है।

निरंतर जोर बनाम निरंतर त्वरण

लगातार-जोर और निरंतर-त्वरण प्रक्षेपवक्र दोनों में एक अंतरिक्ष यान अपने इंजन को लगातार फायरिंग करता है। एक निरंतर-जोर प्रक्षेपवक्र में, थ्रस्टिंग अवधि के दौरान वाहन का त्वरण बढ़ जाता है, क्योंकि ईंधन के उपयोग से वाहन का द्रव्यमान कम हो जाता है। यदि, निरंतर जोर के बजाय, वाहन में निरंतर त्वरण होता है, तो यात्रा के दौरान इंजन का जोर कम हो जाता है।

अंतरिक्ष यान को यात्रा के आधे रास्ते में अपनी ओरिएंटेशन फ़्लिप करना चाहिए और शेष रास्ते को कम करना चाहिए, अगर इसे अपने गंतव्य के साथ मिलन स्थल (फ्लाईबाई के विपरीत) की आवश्यकता होती है।

इंटरस्टेलर यात्रा

यह प्लॉट 1-g (10 m/s² या लगभग 1.0 ली/वाई²) महसूस किया या उचित-त्वरण विशाल दूरी की यात्रा कर सकता है, हालांकि यह किसी भी प्रणोदक के द्रव्यमान द्वारा सीमित होता है।

महत्वपूर्ण निरंतर त्वरण का उपयोग करने वाला एक अंतरिक्ष यान इंटरस्टेलर यात्रा दूरी पर प्रकाश की गति तक पहुंच जाएगा, इसलिए विशेष सापेक्षता प्रभाव जिसमें समय फैलाव (जहाज समय और स्थानीय समय के बीच समय प्रवाह में अंतर) महत्वपूर्ण हो जाता है।

=== तय की गई दूरी और बीता हुआ समय === के लिए भाव

Main article: Hyperbolic motion (relativity)

यात्री के समय के कार्य के रूप में पृथ्वी के दृष्टिकोण से, निरंतर उचित त्वरण के तहत तय की गई दूरी को समन्वय प्रणाली x द्वारा निरंतर उचित त्वरण a पर उचित समय τ के कार्य के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसके द्वारा दिया गया है:

$x(\tau )={\frac {c^{2}}{a}}\left(\cosh {\frac {a\ \tau }{c}}-1\right),$

जहाँ c प्रकाश की गति है।

उन्हीं परिस्थितियों में, पृथ्वी पर बीता हुआ समय (समन्वय समय) यात्री के समय के फलन के रूप में दिया जाता है:

$t(\tau )={\frac {c}{a}}\sinh {\frac {a\ \tau }{c}}.$

व्यवहार्यता

निरंतर त्वरण की एक सीमा पर्याप्त ईंधन है। निरंतर त्वरण वर्तमान में उपलब्ध की तुलना में बहुत अधिक विशिष्ट आवेग वाले ईंधन के विकास के साथ ही संभव है।

उच्च विशिष्ट आवेग प्रणोदन के लिए दो व्यापक दृष्टिकोण हैं:

1. उच्च दक्षता ईंधन (मोटर जहाज दृष्टिकोण)। मोटर शिप दृष्टिकोण के लिए दो संभावनाएँ परमाणु और पदार्थ-प्रतिपदार्थ आधारित ईंधन हैं।
2. पर्यावरण से प्रणोदन ऊर्जा खींचना क्योंकि जहाज इसके माध्यम से गुजरता है (नौकायन जहाज दृष्टिकोण)। एक काल्पनिक नौकायन जहाज दृष्टिकोण हवा और पानी के बीच बल के समांतर चतुर्भुज के बराबर कुछ खोज रहा है जो पाल को नौकायन जहाज को आगे बढ़ाने की अनुमति देता है।

रास्ते में ईंधन लेने - बुसर्ड रैमजेट दृष्टिकोण - दक्षता खो देगा क्योंकि अंतरिक्ष यान की गति ग्रहों के संदर्भ के सापेक्ष बढ़ जाती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इसकी ऊर्जा निकालने से पहले ईंधन को अंतरिक्ष यान के वेग में त्वरित किया जाना चाहिए, और इससे ईंधन दक्षता नाटकीय रूप से कम हो जाएगी।

एक संबंधित मुद्दा ड्रैग (भौतिकी) है। यदि निकट-प्रकाश-गति वाला अंतरिक्ष यान ग्रहीय संदर्भ फ्रेम में धीरे-धीरे गतिमान पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया कर रहा है, तो यह ड्रैग का कारण बनेगा जो इंजन के त्वरण के एक हिस्से को खत्म कर देगा।

इंटरस्टेलर यात्रा के लिए निरंतर त्वरण का उपयोग करने वाले जहाजों का सामना करने वाला दूसरा बड़ा मुद्दा रास्ते में पदार्थ और विकिरण से टकरा रहा है। मध्य-यात्रा में ऐसा कोई प्रभाव निकट प्रकाश गति पर होगा, इसलिए परिणाम नाटकीय होगा।

इंटरस्टेलर यात्रा की गति

यदि एक अंतरिक्ष यान इंटरस्टेलर दूरी पर लगातार त्वरण का उपयोग कर रहा है, तो संदर्भ के ग्रहों के फ्रेम से देखे जाने पर यह अपनी यात्रा के मध्य भाग के लिए प्रकाश की गति तक पहुंच जाएगा। इसका मतलब है कि सापेक्षता के प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाएंगे। सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव यह है कि जहाज के फ्रेम और ग्रहों के फ्रेम में समय अलग-अलग दरों पर गुजरता हुआ दिखाई देगा और इसका मतलब है कि जहाज की गति और यात्रा का समय दो फ्रेम में अलग-अलग दिखाई देगा।

ग्रह संदर्भ फ्रेम

संदर्भ के ग्रहों के ढांचे से, जहाज की गति प्रकाश की गति से सीमित दिखाई देगी - यह प्रकाश की गति तक पहुंच सकती है, लेकिन उस तक कभी नहीं पहुंचती। यदि एक जहाज 1 ग्राम निरंतर त्वरण का उपयोग कर रहा है, तो यह लगभग एक वर्ष में प्रकाश की गति के निकट प्रतीत होगा, और लगभग आधे प्रकाश वर्ष की दूरी तय कर चुका होगा। यात्रा के मध्य के लिए जहाज की गति मोटे तौर पर प्रकाश की गति होगी, और यात्रा के अंत में यह एक वर्ष में फिर से शून्य हो जाएगी।

अंगूठे के एक नियम के रूप में, 1 ग्राम (पृथ्वी गुरुत्वाकर्षण) पर निरंतर त्वरण के लिए, यात्रा का समय, जैसा कि पृथ्वी पर मापा जाता है, प्रकाश वर्ष में गंतव्य तक की दूरी, प्लस 1 वर्ष होगा। अंगूठे का यह नियम ऐसे उत्तर देगा जो सटीक परिकलित उत्तर से थोड़े छोटे हैं, लेकिन यथोचित रूप से सटीक हैं।

जहाज संदर्भ फ्रेम

Δx के साथ एक गंतव्य के लिए एक त्वरित ट्विन राउंडट्रिप के लिए क्षैतिज अक्ष पर वेग पैरामीटर और समय, बनाम ऊर्ध्वाधर अक्ष पर स्थिति का प्लॉट_AB= 10सी²/α ~10 प्रकाश वर्ष दूर यदि α~9.8 मी./से^{2</उप>।}

जहाज पर उन लोगों के संदर्भ के फ्रेम से त्वरण नहीं बदलेगा क्योंकि यात्रा चल रही है। इसके बजाय ग्रहीय संदर्भ फ्रेम अधिक से अधिक सापेक्षिक दिखाई देगा। इसका मतलब यह है कि जहाज पर यात्रा करने वालों के लिए यात्रा ग्रहों के पर्यवेक्षकों की तुलना में बहुत कम दिखाई देगी।

1 ग्राम के निरंतर त्वरण पर, एक रॉकेट लगभग 12 वर्षों के जहाज के समय में और लगभग 113,000 वर्षों के ग्रहों के समय में हमारी आकाशगंगा के व्यास की यात्रा कर सकता है। यदि यात्रा के अंतिम आधे भाग में 1 ग्राम की मंदी शामिल है, तो यात्रा में लगभग 24 वर्ष लगेंगे। यदि यात्रा केवल निकटतम तारे के लिए है, तो अंतिम आधे रास्ते में मंदी के साथ, इसमें 3.6 वर्ष लगेंगे।

कल्पना में

पॉल एंडरसन का एक कठिन विज्ञान कथा उपन्यास टाऊ ज़ीरो, एक निरंतर त्वरण ड्राइव का उपयोग करके एक अंतरिक्ष यान है।

जॉर्ज ओ. स्मिथ की वीनस समबाहु कहानियों के अंतरिक्ष यान सभी निरंतर त्वरण जहाज हैं। सामान्य त्वरण 1 ग्राम है, लेकिन बाहरी त्रिभुज में यह उल्लेख किया गया है कि 5 ग्राम तक की गति संभव है यदि चालक दल को ग्रेवानोल से नशीला पदार्थ दिया जाता है जी-लोड के प्रभावों का प्रतिकार करने के लिए।

जो हल्डमैन के उपन्यास द फॉरएवर वॉर में अंतरिक्ष यान निरंतर त्वरण का व्यापक उपयोग करता है; उन्हें अपने रहने वालों को उच्च त्वरण (25 ग्राम तक) में जीवित रखने के लिए विस्तृत सुरक्षा उपकरणों की आवश्यकता होती है, और मनुष्यों को गुरुत्वाकर्षण का एक आरामदायक स्तर प्रदान करने के लिए आराम करते समय भी 1 ग्राम की गति होती है।

लैरी निवेन द्वारा निर्मित ज्ञात अंतरिक्ष ब्रह्मांड में, पृथ्वी निकटतम ग्रह प्रणालियों को उपनिवेश बनाने में मदद करने के लिए [[बुसर्ड ramjet]] के रूप में निरंतर त्वरण ड्राइव का उपयोग करती है। गैर-ज्ञात अंतरिक्ष उपन्यास ए वर्ल्ड आउट ऑफ टाइम में, जेरोम ब्रांच कॉर्बेल (स्वयं के लिए), गांगेय केंद्र के लिए एक रैमजेट लेता है और 150 साल के जहाजों के समय में वापस आ जाता है (ज्यादातर ठंडी नींद में), लेकिन 3 मिलियन साल बीत जाते हैं धरती।

मैरी डोरिया रसेल द्वारा द स्पैरो (उपन्यास) में, एक छोटे क्षुद्रग्रह को एक निरंतर त्वरण अंतरिक्ष यान में परिवर्तित करके इंटरस्टेलर यात्रा प्राप्त की जाती है। बल को क्षुद्रग्रह से खनन की गई सामग्री से खिलाए गए आयन इंजनों द्वारा लागू किया जाता है।

एलिस्टेयर रेनॉल्ड्स द्वारा रहस्योद्घाटन अंतरिक्ष सीरीज़ में, इंटरस्टेलर कॉमर्स लाइटहुगर स्टारशिप पर निर्भर करता है जो 1 जी पर अनिश्चित काल तक गतिमान हो सकता है, सुपरसेडेड एंटीमैटर संचालित निरंतर त्वरण ड्राइव के साथ। सापेक्षतावादी यात्रा के प्रभाव कई कहानियों में एक महत्वपूर्ण कथानक बिंदु हैं, उदाहरण के लिए लाइटहुगर्स के अल्ट्रानॉट क्रू के मनोविज्ञान और राजनीति को सूचित करना।

आर्थर सी. क्लार्क के उपन्यास 2061: ओडिसी थ्री में, अंतरिक्ष यान ब्रह्मांड, एक म्यूऑन-उत्प्रेरित संलयन रॉकेट का उपयोग करते हुए, पूर्ण जोर के तहत 0.2 ग्राम पर निरंतर त्वरण करने में सक्षम है। क्लार्क के उपन्यास इंपीरियल पृथ्वी में एक स्पर्शोन्मुख ड्राइव है, जो टाइटन (चंद्रमा) से पृथ्वी तक यात्रा करने के लिए एक समान त्वरण प्राप्त करने के लिए एक सूक्ष्म ब्लैक होल और हाइड्रोजन प्रणोदक का उपयोग करता है।

F.M के UET और हिडन वर्ल्ड स्पेसशिप। Busby की Rissa Kerguelen गाथा एक निरंतर त्वरण ड्राइव का उपयोग करती है जो 1 g या थोड़ा अधिक गति कर सकती है।

जेम्स एस.ए. कोरी द्वारा द एक्सपेंस (उपन्यास श्रृंखला) श्रृंखला में जहाज निरंतर त्वरण ड्राइव का उपयोग करते हैं, जो रहने वालों के लिए कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण भी प्रदान करते हैं।

एंडी वीर द्वारा द मार्टियन (वीर उपन्यास) में, अंतरिक्ष यान हेमीज़ पृथ्वी और मंगल के बीच अंतरिक्ष यात्रियों को ले जाने के लिए एक निरंतर थ्रस्ट आयन थ्रस्टर का उपयोग करता है। प्रोजेक्ट हेल मैरी में, एंडी वियर द्वारा भी, नायक का अंतरिक्ष यान सौर मंडल, प्राइस सेटी और 40 एरिदानी के बीच यात्रा करने के लिए निरंतर 1.5 ग्राम त्वरण स्पिन ड्राइव का उपयोग करता है।