अंतरिक्ष यात्रा निरंतर त्वरण के तहत

निरंतर त्वरण के अंतर्गत अंतरिक्ष यात्रा, अंतरिक्ष यात्रा का यह एक काल्पनिक तरीका है जिसमें प्रणोदन प्रणाली का उपयोग सम्मिलित होता है जो पारंपरिक रासायनिक रॉकेट द्वारा उत्पादित छोटे, आवेगपूर्ण दाब के अतिरिक्त निरंतर त्वरण उत्पन्न करता है। यात्रा की पहली छमाही के लिए प्रणोदन प्रणाली अंतरिक्ष यान को अपने गंतव्य की ओर निरंतर गति प्रदान करती है और यात्रा के दूसरे भाग के लिए यह निरंतर अंतरिक्ष यान को धीमा कर देती है। सापेक्ष गति प्राप्त करने के लिए निरंतर त्वरण का उपयोग किया जा सकता है, यह मानव अंतर्तारकीय यात्रा को प्राप्त करने का एक संभावित साधन है। यात्रा के इस तरीके का प्रयोग अभी तक किसी कार्यप्रणाली में नहीं किया गया है।

निरंतर त्वरण चालन

निरंतर त्वरण के दो मुख्य लाभ हैं:

• यह अंतरग्रहीय और अंतर्तारकीय यात्रा का सबसे तीव्र रूप है।
• यह अपना स्वयं का कृत्रिम गुरुत्व बनाता है और संभावित रूप से यात्रियों को सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव से सुरक्षित करता है।

निरंतर तीव्र बनाम त्वरण

निरंतर तीव्र बनाम त्वरण प्रक्षेपवक्र में अंतरिक्ष यान अपने इंजन को निरंतर त्वरण करता है। निरंतर आक्रमण प्रक्षेप पथ में आक्रमण अवधि के समय वाहन की त्वरण बढ़ जाती है क्योंकि ईंधन के उपयोग से वाहन का द्रव्यमान कम हो जाता है। यदि निरंतर तीव्र के अतिरिक्त वाहन में निरंतर त्वरण होती है तो यात्रा के समय इंजन का महत्व कम हो जाता है। अंतरिक्ष यान को यात्रा के आधे मार्ग में अपनी स्थिति निर्धारण करनी चाहिए और शेष मार्ग को कम करना चाहिए, यदि इसे अपने गंतव्य के साथ मिलन स्थल (फ्लाईबाई के विपरीत) की आवश्यकता होती है।

अंतर्तारकीय यात्रा

यह प्लॉट 1-g (10 m/s² या लगभग 1.0 ly/y²) उपयुक्त-त्वरण में सक्षम एक जहाज को दर्शाता है, जो अधिक दूरी की यात्रा कर सकता है, हालांकि यह किसी भी प्रणोदक के द्रव्यमान द्वारा सीमित है।

अंतर्तारकीय निरंतर त्वरण का उपयोग करने वाला एक अंतरिक्ष यान अंतर्तारकीय दूरियों पर प्रकाश की गति तक अभिगम्य किया जाता है इसलिए समय-वृद्धि (जहाज के समय और स्थानीय समय के बीच समय प्रवाह में अंतर) सहित विशेष सापेक्षता का प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता हैं।

तय की गई दूरी और व्यतीत समय के लिए विस्तार

Main article: अतिपरवलीय गति (सापेक्षता)

यात्रा के समय के एक फलन के रूप में पृथ्वी के दृष्टिकोण से, निरंतर त्वरण के अंतर्गत तय की गई दूरी निरंतर उपयुक्त त्वरण a पर उपयुक्त समय τ के फलन के रूप में समन्वय दूरी x द्वारा व्यक्त की जाती है। इसके द्वारा दिया गया है कि :

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

जहाँ c प्रकाश की चाल है।

उन्हीं स्थितियों में, पृथ्वी पर व्यतीत समय (समन्वय समय) यात्री के समय के फलन के रूप में दिया जाता है:

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

सुसंगतता

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

उच्च विशिष्ट आवेग प्रणोदन के लिए दो व्यापक दृष्टिकोण हैं:

1. उच्च दक्षता ईंधन (मोटर वायुयान दृष्टिकोण) मोटर वायुयान दृष्टिकोण के लिए दो संभावनाएँ परमाणु और पदार्थ-प्रतिपदार्थ आधारित ईंधन हैं।
2. पर्यावरण से प्रणोदन ऊर्जा प्राप्त करने के लिए नौकायन जहाज दृष्टिकोण इसके माध्यम से गुजरता है एक काल्पनिक नौकायन जहाज दृष्टिकोण वायु और पानी के बीच भार के समांतर चतुर्भुज के बराबर कुछ होता है जो नौकायन जहाज को आगे बढ़ाने की स्वीकृति देता है।

मार्ग में ईंधन लेने से बुसर्ड रैमजेट दृष्टिकोण की दक्षता कम हो जाती है 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 प्रभावी रूप से कम हो जाती है। यह एक ईंधन संबंधित संकर्षण 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 संकर्षण का कारण उत्पन्न करता है जो इंजन के त्वरण के एक भाग को नष्ट कर देता है।

अंतर्तारकीय यात्रा के लिए निरंतर त्वरण का उपयोग करने वाले वायुयानों का सामना करने वाला दूसरा बड़ा मुख्य कारण मार्ग में पदार्थ और विकिरण है। मध्य-यात्रा में ऐसा कोई प्रभाव निकट प्रकाश की गति पर होता है इसलिए परिणाम परस्पर प्रभावी होता है।

अंतर्तारकीय यात्रा की गति

यदि एक अंतरिक्ष यान अंतर्तारकीय दूरी पर निरंतर 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 अभिगम्य होता हैं इसका अर्थ यह है कि सापेक्षता के प्रभाव महत्वपूर्ण हो सकते है सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव यह है कि जहाज के फ्रेम और ग्रहों के फ्रेम में समय अलग-अलग दरों पर गुजरता हुआ दिखाई देता है और इसका तात्पर्य यह है कि जहाज की गति और यात्रा का समय दो फ्रेम में अलग-अलग दिखाई देता है।

ग्रह संदर्भ फ्रेम

संदर्भ के ग्रहों की संरचना जहाज की गति प्रकाश की गति से सीमित दिखाई देती है यह प्रकाश की गति तक अभिगम्य हो सकती है लेकिन उस तक कभी नहीं अभिगम्य होती है 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 सामान्यतः पर प्रकाश की गति होगी और यात्रा के अंत में यह एक वर्ष में फिर से शून्य हो जाएगी। थंब या अंगूठा 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, +1 वर्ष होगी और अंगूठे का यह नियम ऐसे उत्तर देगा जो निर्धारित उत्तर से अपेक्षाकृत कम हो सकता हैं, लेकिन यथोचित रूप से सही हैं।

जहाज संदर्भ फ्रेम

ΔxAB=10c²/α ~10 प्रकाश वर्ष की दूर यदि α~9.8 m/s² है तो एक त्वरित परिक्रमायुक्त यात्रा के लिए क्षैतिज अक्ष पर वेग पैरामीटर और समय, ऊर्ध्वाधर अक्ष पर स्थिति की तुलना में आरेख।

जहाज पर उन लोगों के संदर्भ के फ्रेम से त्वरण नहीं परिवर्तित करता है क्योंकि यात्रा चल रही है। इसके अतिरिक्त ग्रहीय संदर्भ फ्रेम अधिक से अधिक सापेक्षिक दिखाई देगा। इसका अर्थ 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 त्वरण सम्मिलित है, तो यात्रा में लगभग 24 वर्ष लग सकते है यदि यात्रा केवल निकटतम नक्षत्र के लिए है, तो अंतिम आधे मार्ग में कमी के साथ, इसमें 3.6 वर्ष लग सकते है।

कल्पना में

• पॉल एंडरसन का एक विज्ञान कथन उपन्यास "टाऊ ज़ीरो" एक निरंतर त्वरण चालन 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 त्रिकोण" में यह उल्लेख किया गया है कि यदि चालक समूह को भार के प्रभावों का उपयोग करने के लिए ग्रेवानोल के साथ संकर्षण दिया जाता है, तो 5 ग्राम तक त्वरण संभव है।
• जो हैल्डमैन के उपन्यास "द फॉरएवर वॉर" में अंतरिक्ष यान निरंतर त्वरण का व्यापक उपयोग करता है उन्हें अपने साथ रहने वालों को उच्च त्वरण (25 ग्राम तक) पर जीवित रखने के लिए विस्तृत सुरक्षा उपकरणों की आवश्यकता होती है और मनुष्यों को गुरुत्वाकर्षण का एक लाभदायक स्तर प्रदान करने के लिए पर्याप्त सुविधा होने पर भी 1 ग्राम में तीव्रता होती है।
• लैरी निवेन द्वारा निर्मित ज्ञात अंतरिक्ष ब्रह्मांड में, पृथ्वी निकटतम ग्रह प्रणालियों को उपनिवेश बनाने में सहायता करने के लिए बुसर्ड रैमजेट के रूप में निरंतर त्वरण चालन 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 प्राप्त करता है और 150 वर्ष के जहाजों के समय में (अधिकांश ठंडी नींद में) वापस आ जाता है, लेकिन 3 मिलियन वर्ष पृथ्वी पर गुजरता है।
• मैरी डोरिया रसेल द्वारा "द स्पैरो" में छोटे क्षुद्रग्रह को एक निरंतर त्वरण अंतरिक्ष यान में परिवर्तित करके अंतर्तारकीय यात्रा प्राप्त की जाती है। भार को क्षुद्रग्रह से खनन किए गए पदार्थ को आयन इंजनों द्वारा प्रयुक्त किया जाता है।
• एलिस्टेयर रेनॉल्ड्स द्वारा रहस्योद्घाटन अंतरिक्ष श्रृंखला में, अंतर्तारकीय यात्रा "प्रकाशीय हुगर" अंतरिक्ष यान पर निर्भर करता है जो 1 ग्राम पर अनिश्चित समय तक गतिमान हो सकता है अधिक्रमण प्रतिद्रव्य संचालित निरंतर त्वरण चालन के साथ सापेक्षतावादी यात्रा के प्रभाव कई कहानियों में एक महत्वपूर्ण कथानक बिंदु हैं, उदाहरण के लिए प्रकाशीय हुगर्स के "अल्ट्रानॉट" कर्मचारियों के मनोविज्ञान और राजनीति को सूचित करना साम्मिलित है।
• आर्थर सी. क्लार्क के उपन्यास 2061-ओडिसी तीन में, अंतरिक्ष यान ब्रह्मांड, एक म्यूऑन-उत्प्रेरित संलयन रॉकेट का उपयोग करते हुए, पूर्ण महत्व के अंतर्गत 0.2 ग्राम पर निरंतर त्वरण करने में सक्षम है। क्लार्क के उपन्यास "शाही पृथ्वी" में एक "अनंतस्पर्शी चालन" है, जो टाइटन से पृथ्वी तक यात्रा करने वाले समान त्वरण को प्राप्त करने के लिए एक सूक्ष्म ब्लैक होल और हाइड्रोजन प्रणोदक का उपयोग करता है।
• एफएमके, यूईटी और हिडन बस्बी का "रिसा केर्गुएलन" कथन एक निरंतर त्वरण चालन का उपयोग करता है जो 1 ग्राम या अपेक्षाकृत अधिक गति कर सकता है।
• जेम्स एस.ए. कोरी द्वारा "द एक्सपेंस" (उपन्यास श्रृंखला) श्रृंखला में जहाज निरंतर त्वरण चालन का उपयोग करते हैं जो रहने वालों के लिए कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण भी प्रदान करते हैं।
• एंडी वीर द्वारा "द मार्टियन" में, अंतरिक्ष यान हेमीज़ पृथ्वी और मंगल ग्रह के बीच अंतरिक्ष यात्रियों को ले जाने के लिए एक निरंतर आयन इंजन का उपयोग करता है। परियोजना हेल मैरी में, वीयर द्वारा भी, अंतरिक्ष यान सौर मंडल और 40 एरिडानी के बीच यात्रा करने के लिए निरंतर 1.5 ग्राम त्वरण चालन का उपयोग किया जाता है।