Може ли лазер да изпрати космически кораб до Марс? Това е планираната мисия на групата от университета Макгил, предназначена да отговори на искането на НАСА. 10-метров лазер на Земята ще загрее водородна плазма в камера зад космическия кораб, създавайки тяга на водороден газ за космическия кораб и ще го изпрати до Марс само за 45 дни. Там той ще се забави в марсианската атмосфера, доставяйки доставки на човешките колонисти или може би някой ден дори доставяйки самите хора.
През 2018 г. НАСА предизвика инженерите да разработят мисия до Марс, която да достави полезен товар от поне 1000 кг за не повече от 45 дни, както и да извършва по-дълги пътувания дълбоко в Слънчевата система и извън нея. Кратките срокове за доставка са мотивирани от желанието да се доставят полезни товари и някой ден астронавти до Марс, като се минимизират вредните им ефекти от галактическите космически лъчи и слънчевите бури. SpaceX на Илон Мъск предполага, че човешката мисия до Марс ще отнеме шест месеца с ракетите, базирани на химикали.
Концепцията на Макгил, наречена лазерно-термичен двигател, се основава на набор от инфрачервени лазери, разположени на Земята, с диаметър 10 метра, комбиниращи множество невидими инфрачервени лъчи, всеки с дължина на вълната около един микрон, за обща мощност от 100 мегавата. Захранване, необходимо за приблизително 80 000 американски домакинства. Полезният товар, обикалящ в елиптична средна земна орбита, ще има рефлектор, който насочва лазерен лъч, идващ от Земята в нагревателна камера, съдържаща водородна плазма. След като ядрото му се нагрее до 40 000 градуса по Келвин (72 000 градуса по Фаренхайт), водородният газ, който тече около ядрото, ще достигне 10 000 К (18 000 градуса по Фаренхайт) и ще бъде изхвърлен през дюза, създавайки тяга за изтласкване на кораба от Земята с интервал от 58 минути. (Страничните тласкащи устройства ще поддържат кораба в съответствие с лазерния лъч, докато Земята се върти.)
Когато радиацията спре, полезният товар се издухва с близо 17 километра в секунда спрямо Земята - достатъчно бързо, за да покрие орбиталното разстояние на Луната само за осем часа. Когато достигне марсианската атмосфера след месец и половина, той все още ще се движи със скорост 16 km/s; обаче, веднъж там, поставянето на полезния товар в 150-километрова орбита около Марс ще бъде предизвикателство за инженерния екип.
Трудно е, защото полезният товар не може да понесе химическото гориво, за да изстреля ракетата, за да се забави - необходимото гориво би намалило масата на полезния товар до по-малко от 6 процента от първоначалните 1000 кг. И докато хората на Червената планета не успеят да изградят еквивалентен лазерен масив за приближаващ кораб, който да използва своя рефлектор и плазмена камера за осигуряване на обратна тяга, аероулавянето ще бъде единственият начин за забавяне на полезния товар на Марс.
Въпреки това, въздушното улавяне или спирането на въздуха в марсианската атмосфера може да бъде рискована маневра, тъй като космическият кораб изпитва забавяне до 8 g (където g е ускорението, дължащо се на гравитацията на земната повърхност, 9,8 m/s2), приблизително границата на човека , само за няколко минути, откакто е заснето с едно преминаване около Марс. Големите топлинни потоци на кораба поради триене с атмосферата ще бъдат по-високи от традиционните материали на системата за термична защита, но не и тези, които са в активно развитие.
Лазерно-термичното задвижване на космическия кораб в дълбокия космос – Марс и извън него – контрастира с други по-рано предложени методи за транспортиране, като лазерно-електрическо задвижване, при което лазерен лъч удря фотоволтаични (PV) елементи зад полезния товар; соларен електрически двигател, при който слънчевата светлина върху фотоволтаичните клетки създава сцепление; ядрен електрически двигател, при който ядреният реактор генерира електричество, което произвежда йони, излъчвани от двигателя; и ядрена термична задвижваща система, в която топлината от ядрен реактор превръща течността в газ, който се изхвърля от дюзата, за да генерира тяга.
Лазерно-термичното движение е изследвано за първи път през 70-те години на миналия век с помощта на 10,6-микронови CO2 лазери, най-мощните по това време. Съвременните едномикронни оптични лазери, които могат да бъдат комбинирани в масивни паралелни фазирани решетки с големи ефективни диаметри, означават, че фокусното разстояние на пренос на енергия е с два порядъка по-голямо - 50 000 km в лазер Duplay.
Duplay обяснява, че лазерната архитектура с фазирана решетка се разработва от група, ръководена от физика Филип Лубин от Калифорнийския университет в Санта Барбара. Масивът на Lubin Group използва отделни лазерни усилватели от около 100 вата всеки - всеки усилвател е обикновена верига от влакно и светодиоди като помпа и може да бъде масово произвеждан евтино - така че мисията на Марс, предвидена тук, ще изисква от порядъка на 1 милион индивидуални усилватели.
Първите хора на Марс вероятно няма да стигнат до там с лазерно-термична технология. „Въпреки това, тъй като все повече хора пътуват, за да поддържат дългосрочна колония, ще ни трябват задвижващи системи, които да ни отведат там по-бързо, дори само за да избегнем опасността от радиация“, казва Дюплей. Той смята, че лазерно-термална мисия до Марс може да започне 10 години след първите човешки полети, тоест около 2040 г.
bbabo.Net