Bir lazer Mars'a uzay aracı gönderebilir mi? Bu, NASA'nın talebini karşılamak için tasarlanan McGill Üniversitesi'nden grubun amaçlanan görevidir. Dünya üzerindeki 10 metre genişliğindeki bir lazer, uzay aracının arkasındaki bir bölmede hidrojen plazmasını ısıtacak, uzay aracı için hidrojen gazı itkisi yaratacak ve onu sadece 45 gün içinde Mars'a gönderecekti. Orada Mars atmosferinde yavaşlayacak, insan kolonistlerine malzeme teslim edecek, hatta belki bir gün insanları kendilerine teslim edecekti.
2018'de NASA, mühendisleri Mars'a 45 günden fazla olmayacak şekilde en az 1.000 kg yük taşıyacak ve ayrıca güneş sisteminin derinliklerinde ve ötesinde daha uzun yolculuklar yapacak bir misyon geliştirmeye davet etti. Kısa teslimat süreleri, galaktik kozmik ışınlar ve güneş fırtınalarından kaynaklanan zararlı etkilerini en aza indirirken, yükleri ve bir gün astronotları Mars'a götürme arzusuyla motive edilir. Elon Musk'ın SpaceX'i, kimyasal tabanlı roketleriyle Mars'a bir insan görevinin altı ay süreceğini öne sürüyor.
McGill'in lazer-termal motor adı verilen konsepti, her biri yaklaşık bir mikron dalga boyuna sahip birçok görünmez kızılötesi ışını toplam 100 megawatt güç için birleştiren, 10 metre çapında, Dünya'da bulunan bir dizi kızılötesi lazere dayanmaktadır. Yaklaşık 80.000 ABD hanesi için gerekli güç. Eliptik bir Dünya yörüngesinde yörüngede dönen faydalı yük, Dünya'dan gelen bir lazer ışınını hidrojen plazması içeren bir ısıtma odasına yönlendiren bir reflektöre sahip olacaktır. Çekirdeği 40.000 Kelvin'e (72.000 Fahrenheit) ısıtıldıktan sonra, çekirdeğin etrafında akan hidrojen gazı 10.000 K'ye (18.000 Fahrenheit) ulaşacak ve bir memeden dışarı atılarak gemiyi Dünya'dan itmek için itme kuvveti yaratacaktır. 58 dakikalık bir aralık. (Yan iticiler, Dünya dönerken gemiyi lazer ışını ile aynı hizada tutacaktır.)
Radyasyon durduğunda, yük Dünya'ya göre saniyede yaklaşık 17 kilometre hızla uçup gidiyor - Ay'ın yörünge mesafesini sadece sekiz saatte kaplayacak kadar hızlı. Bir buçuk ay içinde Mars atmosferine ulaştığında, yine de 16 km/s hızla yol alıyor olacak; ancak, oraya varıldığında, yükü Mars çevresinde 150 km'lik bir yörüngeye yerleştirmek mühendislik ekibi için zor olacaktır.
Bu zor, çünkü yük, roketi fırlatıp kendini yavaşlatmak için kimyasal itici gazı taşıyamıyor - gereken itici, yükün kütlesini orijinal 1.000 kg'ın yüzde 6'sından daha azına indirecek. Kızıl gezegendeki insanlar, yaklaşan bir geminin reflektörünü ve plazma odasını ters itme sağlamak için kullanması için eşdeğer bir lazer dizisi oluşturana kadar, Mars'taki yükü yavaşlatmanın tek yolu havadan yakalama olacak.
Öyle olsa bile, uzay aracı 8 g'a kadar (burada g, Dünya yüzeyindeki yerçekiminden kaynaklanan hızlanma, 9.8 m/s2), kabaca insan sınırına kadar yavaşlama yaşadığından, Mars atmosferinde havadan yakalama veya hava freni riskli bir manevra olabilir, Mars çevresinde tek geçişte çekildiğinden beri sadece birkaç dakika. Atmosferle sürtünme nedeniyle gemideki büyük ısı akışları, termal koruma sisteminin geleneksel malzemelerinden daha yüksek olacaktır, ancak aktif geliştirmede olanlardan daha yüksek olacaktır.
Uzay aracının derin uzaya (Mars ve ötesine) lazer-termal tahriki, bir lazer ışınının faydalı yükün arkasındaki fotovoltaik (PV) elemanlara çarptığı lazer-elektrik tahriki gibi daha önce önerilen diğer nakliye yöntemleriyle çelişir; fotovoltaik hücreler üzerindeki güneş ışığının çekiş yarattığı bir güneş-elektrik motoru; nükleer reaktörün motor tarafından yayılan iyonları üreten elektrik ürettiği bir nükleer elektrik motoru; ve bir nükleer reaktörden gelen ısının sıvıyı gaza dönüştürdüğü ve bir memeden itme oluşturmak için dışarı atıldığı bir nükleer termal tahrik sistemi.
Araştırmanın baş yazarı Emmanuel Duplay, "Lazer-termal tahrik, voleybol boyutunda lazer dizileriyle 1 tonun hızlı taşınmasına izin veriyor - lazer-elektrikli tahrikin yalnızca kilometre sınıfı dizilerle yapabileceği bir şey" diyor. McGill Üniversitesi'nde mühendislik çalışmaları alanında lisans yaz programının bir parçası olarak iki yıl. Duplay şu anda Delft Teknoloji Üniversitesi'nde Uzay Uçuşu uzmanlığı ile Havacılık ve Uzay Mühendisliği Yüksek Lisans programında eğitim görmektedir.Duplay ve diğerleri tarafından sunulan lazer termal tahrik konseptinin büyük avantajı. 0.001-0.010 kg/kW aralığında son derece düşük kütle-güç oranıdır - "benzeri görülmemiş", "güç kaynağının sabit kalması nedeniyle gelişmiş nükleer tahrik teknolojisi için verilenlerin bile çok altında" yazıyorlar. Yerde ve verilen akış, düşük kütleli şişirilebilir bir reflektör ile işlenebilir.
Lazer-termal hareket ilk olarak 1970'lerde, o zamanın en güçlüsü olan 10.6 mikron CO2 lazerleri kullanılarak incelenmiştir. Büyük etkili çaplara sahip büyük ölçüde paralel fazlı diziler halinde birleştirilebilen modern bir mikron fiber optik lazerler, enerji transferinin odak uzunluğunun bir Duplay lazerinde 50.000 km - iki büyüklük sırası daha yüksek olduğu anlamına gelir.
Duplay, aşamalı dizi lazer mimarisinin Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nden fizikçi Philip Lubin liderliğindeki bir grup tarafından geliştirildiğini açıklıyor. Lubin grubunun dizilimi, her biri yaklaşık 100 watt'lık bireysel lazer amplifikatörleri kullanır - her amplifikatör, bir pompa olarak basit bir fiber ve LED döngüsüdür ve ucuza seri üretilebilir - bu nedenle, burada tasavvur edilen Mars görevi, 1 milyon mertebesinde gerektirecektir. bireysel amplifikatörler
Mars'taki ilk insanlar muhtemelen oraya lazer-termal teknolojisiyle ulaşamayacaklar. Duplay, "Ancak, daha fazla insan uzun vadeli bir koloniyi desteklemek için yola çıktıkça, radyasyon tehlikesinden kaçınmak için bizi oraya daha hızlı ulaştıracak tahrik sistemlerine ihtiyacımız olacak" diyor. Mars'a bir lazer-termal görevinin, ilk insan uçuşlarından 10 yıl sonra, yani 2040 civarında başlayabileceğine inanıyor.
bbabo.Net