Ali lahko laser pošlje vesoljsko plovilo na Mars? To je načrtovana misija skupine z univerze McGill, zasnovana tako, da izpolni zahtevo NASA. 10 metrov širok laser na Zemlji bi segreval vodikovo plazmo v komori za vesoljskim plovilom, s čimer bi ustvaril potisk vodikovega plina za vesoljsko plovilo in ga poslal na Mars v samo 45 dneh. Tam bi se v marsovskem ozračju upočasnilo, dostavljalo zaloge človeškim kolonistom ali morda nekega dne celo dostavljalo ljudi same.
Leta 2018 je NASA izzvala inženirje, naj razvijejo misijo na Mars, ki bi v največ 45 dneh prinesla vsaj 1000 kg tovora ter opravila daljša potovanja globoko v sončni sistem in naprej. Kratki dobavni roki so motivirani z željo, da bi na Mars pripeljali koristne tovore in nekoč astronavte, hkrati pa zmanjšali njihove škodljive učinke galaktičnih kozmičnih žarkov in sončnih neviht. SpaceX Elona Muska predlaga, da bo človeška misija na Mars z raketami, ki temeljijo na kemikalijah, trajala šest mesecev.
McGillov koncept, imenovan lasersko-termični motor, temelji na nizu infrardečih laserjev, ki se nahajajo na Zemlji, s premerom 10 metrov, ki združujejo številne nevidne infrardeče žarke, vsakega z valovno dolžino približno en mikron, za skupno moč 100 megavatov. Električna energija je potrebna za približno 80.000 ameriških gospodinjstev. Tovor, ki kroži v eliptični srednji orbiti Zemlje, bo imel reflektor, ki usmerja laserski žarek, ki prihaja z Zemlje, v grelno komoro, ki vsebuje vodikovo plazmo. Ko se njegovo jedro segreje na 40.000 stopinj Kelvina (72.000 stopinj Fahrenheita), bo vodikov plin, ki teče okoli jedra, dosegel 10.000 K (18.000 stopinj Fahrenheita) in bo izgnan skozi šobo, ki ustvarja potiskanje ladje z Zemlje z interval 58 minut. (Stranski potisniki bodo ladjo držali v skladu z laserskim žarkom, ko se Zemlja vrti.)
Ko se sevanje ustavi, se tovor odnese s skoraj 17 kilometri na sekundo glede na Zemljo – dovolj hitro, da v samo osmih urah pokrije Lunino orbitalno razdaljo. Ko bo čez mesec in pol dosegel marsovsko atmosfero, bo še vedno potoval s hitrostjo 16 km/s; ko pa bo enkrat tam, bo namestitev tovora v 150 km orbito okoli Marsa izziv za inženirsko ekipo.
Težko je, ker tovor ne more prenašati kemičnega pogonskega goriva za izstrelitev rakete, da bi se upočasnila - potrebno pogonsko gorivo bi zmanjšalo maso tovora na manj kot 6 odstotkov prvotnih 1000 kg. In dokler ljudje na rdečem planetu ne bodo mogli zgraditi enakovrednega laserskega niza za bližajočo se ladjo, ki bo uporabila svoj reflektor in plazemsko komoro za zagotavljanje povratnega potiska, bo aerozajem edini način za upočasnitev tovora na Marsu.
Kljub temu je lahko zajem ali zaviranje z letalom v ozračju Marsa tvegan manever, saj vesoljsko plovilo doživi pojemek do 8 g (kjer je g pospešek zaradi gravitacije na zemeljskem površju, 9,8 m/s2), kar je približno človeška meja , le nekaj minut, saj je bil posnet v enem prehodu okoli Marsa. Veliki toplotni tokovi na ladji zaradi trenja z atmosfero bodo višji od tradicionalnih materialov sistema toplotne zaščite, ne pa tistih, ki so v aktivnem razvoju.
Lasersko-termični pogon vesoljskih plovil v globok vesolje – na Mars in zunaj njega – je v nasprotju z drugimi predhodno predlaganimi transportnimi metodami, kot je lasersko-električni pogon, pri katerem laserski žarek zadene fotovoltaične (PV) elemente za koristnim tovorom; solarno-električni motor, pri katerem sončna svetloba na fotovoltaičnih celicah ustvarja oprijem; jedrski električni motor, pri katerem jedrski reaktor proizvaja električno energijo, ki proizvaja ione, ki jih oddaja motor; in jedrski toplotni pogonski sistem, v katerem toplota iz jedrskega reaktorja pretvori tekočino v plin, ki se iztisne iz šobe za ustvarjanje potiska.
"Lasersko-termični pogon omogoča hiter transport 1 tone z laserskimi nizi velikosti odbojke - nekaj, kar lahko lasersko-električni pogon naredi samo z nizi kilometrskega razreda," pravi Emmanuel Duplay, glavni avtor študije, ki je delal na projekt dve leti v okviru dodiplomskega poletnega programa inženirskih študij na univerzi McGill. Duplay trenutno študira na Tehnološki univerzi Delft na magistrskem programu vesoljske tehnike s specializacijo iz vesoljskih letov.Velika prednost koncepta lasersko-termičnega pogona, ki so ga predstavili Duplay et al. je njegovo izjemno nizko razmerje med maso in močjo, v območju 0,001-0,010 kg/kW - "brez primere", pišejo, "daleč pod tistimi, ki so podani za napredno jedrsko pogonsko tehnologijo, zaradi dejstva, da vir energije ostane na tleh in dostavljeni tok je mogoče obdelati z napihljivim reflektorjem z majhno maso."
Lasersko-termično gibanje so prvič preučevali v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja z uporabo 10,6-mikronskih CO2 laserjev, takrat najmočnejših. Sodobni laserji z enomikronskimi optičnimi vlakni, ki jih je mogoče kombinirati v masivne vzporedne fazne nize z velikimi efektivnimi premeri, pomenijo, da je goriščna razdalja prenosa energije za dva reda velikosti večja – 50.000 km pri laserju Duplay.
Duplay pojasnjuje, da lasersko arhitekturo faznega niza razvija skupina, ki jo vodi fizik Philip Lubin na Kalifornijski univerzi v Santa Barbari. Niz skupine Lubin uporablja posamezne laserske ojačevalnike z močjo približno 100 vatov - vsak ojačevalnik je preprosta zanka iz vlaken in LED kot črpalka in se lahko serijsko proizvede poceni - tako da bi misija Mars, predvidena tukaj, zahtevala približno 1 milijon posamezni ojačevalniki.
Prvi ljudje na Marsu verjetno ne bodo prišli tja z lasersko-termično tehnologijo. "Vendar, ko se vse več ljudi poda na pot, da bi podprlo dolgoročno kolonijo, bomo potrebovali pogonske sisteme, ki nas bodo tja pripeljali hitreje, če se le da bi se izognili nevarnosti sevanja," pravi Duplay. Prepričan je, da bi se lasersko-termalna misija na Mars lahko začela 10 let po prvih človeških poletih, torej okoli leta 2040.
bbabo.Net