Чи може лазер надіслати космічний корабель на Марс? Це передбачувана місія групи з Університету Макгілла, яка розроблена для задоволення запиту НАСА. Лазер шириною 10 метрів на Землі нагріватиме водневу плазму в камері позаду космічного корабля, створюючи тягу з газоподібного водню для космічного корабля, і відправляючи її на Марс лише за 45 днів. Там він гальмуватиме в атмосфері Марса, доставляючи припаси людським колоністам або, можливо, колись, навіть доставлятиме самих людей.
У 2018 році НАСА поставило перед інженерами завдання розробити місію на Марс, яка б доставила корисне навантаження не менше 1000 кг не більше ніж за 45 днів, а також здійснила б більш тривалі подорожі вглиб Сонячної системи та за її межі. Короткий час доставки мотивований бажанням доставити вантажі і, колись, астронавтів на Марс, зводячи до мінімуму їх руйнівного впливу галактичних космічних променів та сонячних бур. SpaceX Ілона Маска припускає, що політ людини на Марс займе шість місяців із її ракетами на хімічній основі.
Концепція Макгілла, звана лазерно-тепловим двигуном, заснована на масиві інфрачервоних лазерів, розташованих на Землі, діаметром 10 метрів, що поєднують безліч невидимих інфрачервоних променів, кожен з довжиною хвилі близько одного мікрона, для загальної потужності 100 мегават. Потужність, необхідна приблизно 80 000 американських домогосподарств. Корисне навантаження, що обертається по еліптичній середній навколоземній орбіті, матиме відбивач, який спрямовує лазерний промінь, що йде з Землі, нагрівальну камеру, що містить водневу плазму. Після того, як його ядро нагріється до 40 000 градусів Кельвіна (72 000 градусів за Фаренгейтом), газоподібний водень, що обтікає ядро, досягне 10 000 К (18 000 градусів за Фаренгейтом) і буде викидатися через сопло, створюючи корабель від Землі з інтервалом 58 хвилин. (Бічні двигуни утримуватимуть корабель на одній лінії з променем лазера при обертанні Землі.)
Коли випромінювання припиняється, корисне навантаження забирається геть зі швидкістю майже 17 кілометрів на секунду щодо Землі — досить швидко, щоб подолати орбітальну відстань Місяця лише за вісім годин. Коли він досягне марсіанської атмосфери через півтора місяці, він все ще рухатиметься зі швидкістю 16 км/с; однак, опинившись там, розміщення корисного навантаження на 150-кілометровій орбіті навколо Марса стане складним завданням для інженерної групи.
Це складно, тому що корисне навантаження не може нести хімічне паливо для запуску ракети, щоб уповільнити себе — необхідне паливо зменшить масу корисного навантаження до 6 відсотків від початкових 1000 кг. І до тих пір, поки люди на червоній планеті не зможуть побудувати еквівалентну лазерну решітку для корабля, що наближається, щоб використовувати його відбивач і плазмову камеру для забезпечення зворотної тяги, аерозахоплення буде єдиним способом уповільнити корисне навантаження на Марсі.
Навіть у цьому випадку аерозахоплення або аеродинамічний гальмування в атмосфері Марса може бути ризикованим маневром, оскільки космічний корабель відчуває уповільнення до 8 g (де g - прискорення вільного падіння на поверхні Землі, 9,8 м/с2), приблизно людської межі, всього на кілька хвилин, оскільки його знято за один прохід навколо Марса. Великі теплові потоки на кораблі через тертя про атмосферу будуть вищими за традиційні матеріали системи теплозахисту, але не ті, що знаходяться в активній розробці.
Лазерно-тепловий рух космічного корабля в далекий космос - Марс і далі - контрастує з іншими раніше запропонованими методами транспортування, такими як лазерно-електричний рух, в якому лазерний промінь потрапляв на фотоелектричні (PV) елементи за корисним навантаженням; сонячно-електричний двигун, у якому сонячне світло на фотоелементах створює тягу; ядерно-електричний двигун, у якому ядерний реактор виробляє електрику, яка виробляє іони, що викидаються двигуном; та ядерно-теплову рухову установку, в якій тепло ядерного реактора перетворює рідину на газ, який викидається із сопла для створення тяги.
Лазерно-тепловий рух вперше було вивчено у 1970-х роках з використанням 10,6-мікронних CO2-лазерів, найпотужніших на той час. Сучасні волоконно-оптичні лазери розміром один мікрон, які можна комбінувати в масивно-паралельні фазовані грати з більшим ефективним діаметром, означають, що фокусна відстань передачі енергії на два порядки вища — 50 000 км у лазері Дюплея.
Дюплей пояснює, що архітектура лазерів із фазованими ґратами розробляється групою під керівництвом фізика Філіпа Любіна з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі. Масив групи Любіна використовує окремі лазерні підсилювачі потужністю близько 100 Вт кожен - кожен підсилювач являє собою просту петлю з оптоволокна і світлодіода як накачування, і може проводитися недорого в масовому порядку - тому ймовірна тут марсіанська місія вимагатиме близько 1 мільйона індивідуальних підсилювачів.
Перші люди на Марсі, швидше за все, не дійдуть туди за допомогою лазерно-теплової технології. «Однак у міру того, як все більше людей подорожують, щоб підтримувати довгострокову колонію, нам знадобляться рухові установки, які доставлять нас туди швидше — хоча б для того, щоб уникнути радіаційної небезпеки», — каже Дюплей. Він вважає, що лазерно-теплова місія на Марс може розпочатися через 10 років після перших польотів людини, тобто приблизно 2040 року.
bbabo.Net