Análisis de primer orden
Dado que tenemos prácticos propulsores de iones, es hora de mirarlos.
Deep Space 1
La sonda DS1 pesó 387 kg , tenía 83 kg de combustible, funcionó durante 162 días y generó 92 mN. Entonces, generó alrededor de 0.2 mm / s ^ 2.
La nave tampoco está seca como un tanque. Tiene aproximadamente 6 meses (180 días) de combustible por diseño. Eso es un diseño de combustible de aproximadamente 20%, y mi estimación de la masa del propulsor en sí es de 10 kg, aproximadamente 0.01 N por kg, y escala lineal, con aproximadamente 16 veces la masa del propulsor en combustible por año. (Estos números son aproximados, pero proporcionan una línea de base)
Alimentando un propulsor de 2 kW ...
En el sistema solar interior, la energía solar es viable para un propulsor eléctrico; más allá de los asteroides, se vuelve prácticamente inviable.
Los generadores radio-térmicos, del mismo modo, se miden en kilogramos por vatio ... uno de los más eficientes fue en los viajeros, alrededor de 40W de electricidad por kilogramo ... para obtener una aceleración razonable de 0,2 mm / s ^ 2, se vuelven imprácticos.
Lo que nos empuja al rango de los reactores de fisión nuclear. Lo que también significa grandes masas: el SNAP-10A pesaba 290 kg y 30 kW.
En la hipótesis
Necesitamos una nave espacial de varias toneladas. Hay un diseño para una potencia eléctrica de 100 kW, un reactor nuclear de ~ 520 kg. Esto sería adecuado para alimentar 50 unidades NSTAR a 91 mN cada una; asumiendo solo 20 de tales unidades, y 80 kg cada una por 6 meses en masa de reacción, y 10 kg cada una, más una carga útil científica de 200 kg, podemos obtener una buena hipótesis de primer orden. Asumiré por ahora una duración de la planta de 5 años, ya que el SAFE400 ha estado en pruebas durante varios años y no puedo encontrar documentación para su uso de combustible.
kg kW Item 200 40 NSTAR x20, dando 2N 520 (100) SAFE-400 400kW / 100kWe reactor nuclear 6400 0 2 años de combustible NSTAR para 20 unidades. 200 10 paquete científico comparable a un orbitador de Marte 7400 - masa de la misión.
Esto daría un empuje de misión en el lanzamiento de 0.00027m / s ^ 2. Casi directamente comparable a DS1 ... y un empuje de 720 días, usando un giro y volteo, cubre aproximadamente 3.4 AU, y una velocidad máxima de 8.3km / s, o 17861396s por AU o aproximadamente 209 días por AU ... y 71 AU para cubrir. Esto significaría alrededor de 41 años adicionales.
Sin embargo, la aceleración real aumentaría durante la misión, y siendo la masa de combustible la mayor proporción, podemos usar la masa promedio de alrededor de 4000 kg para calcular el total, casi duplicando la velocidad de apagado del motor y reduciendo el tiempo de costa a unos 20 años. Los problemas restantes son el combustible para la planta de energía, que carecen de datos para calcular.
Se podría usar una masa de combustible mayor, aumentando la duración, pero disminuyendo la aceleración inicial. Una duración de combustible de 4 años, por ejemplo,
kg kW Item 200 40 NSTAR x20, dando 2N 520 (100) SAFE-400 400kW / 100kWe reactor nuclear.12800 0 2 años de combustible NSTAR para 20 unidades. 200 10 paquete científico comparable a un orbitador de Marte. 21800 - Masa de la misión. (probablemente unos 1050 kg en tanques secos)
El valor inicial sería de aproximadamente 0,00009 m / s ^ 2, con un pico de aproximadamente 0,0019 m / s ^ 2 y un promedio de aproximadamente 0,001 m / s ^ 2 ... y cubriría aproximadamente 51 AU bajo empuje, y una velocidad máxima de aproximadamente 62 km / s ... o aproximadamente 28 días por AU, durante aproximadamente 2 años de tiempo libre.
Esto pondría un El tiempo de viaje aproximado de la misión es del orden de 6 años, y aproximadamente la mitad de él se desplaza hacia afuera, 1/3 se desplaza por inercia y 1/6 desacelera hacia la órbita.
Desafortunadamente, las tecnologías no están completamente probadas . Por no completamente probado, quiero decir (1) no sabemos si realmente sobrevivirán a una "quema" constante de 4 años ... aunque sabemos que durarán al menos 160 días, y (2) el sistema de fisión no ha existido el tiempo suficiente para establecer que, de hecho, durará los 4-10 años necesarios para una misión
Respuesta especulativa
Sí, un análisis de primer orden indica que es plausible que se pueda realizar una misión, y con un tiempo de vuelo de menos de 10 años.
Sin embargo, hay una serie de caprichos en los datos disponibles. La masa estructural simplemente se estima; la masa de combustible puede ser insuficiente para la duración indicada, etc.