Новости

Ученые предложили запускать космические корабли на Марс лазером

Ученые предложили запускать космические корабли на Марс лазером

Ученые Университета Макгилла разработали концепцию системы, способной запустить космический корабль на Марс при помощи массива инфракрасных лазеров диаметром 10 метров. Они будут нагревать водородную плазму в камере космического аппарата, создавая тягу из газообразного водорода. В теории, это позволит достичь Красной планеты всего за 45 дней. Например, с ракетами SpaceX Илона Маска полет человека туда занял бы минимум шесть месяцев.

В 2018 году Национальное управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) поставило перед инженерами задачу разработать миссию, способную доставить на Марс полезную нагрузку весом менее 1000 кг и не более чем за 45 дней, а также способную совершать полеты вглубь Солнечной системы и за ее пределы, пишет Phys.org.

Концепцией лазерно-тепловой тяги исследователей из Макгилла предусматривается, что длина волны каждого луча составит около одного микрона, а общая мощность — 100 мегаватт (столько потребляет 80 тыс. американских домохозяйств). Полезная нагрузка, вращающаяся по эллиптической средней околоземной орбите, получит отражатель, направляющий лазерный луч с Земли в нагревательную камеру, содержащую водородную плазму. После того, как ядро ​​нагреется до почти 40 тыс. градусов Цельсия, газообразный водород достигнет 9,7 тыс. градусов Цельсия и будет выбрасываться через сопло, создавая тягу, способную оттолкнуть корабль от Земли с интервалом в 58 минут. Боковые двигатели удержат корабль на одной линии с лучом лазера при вращении Земли. Статья опубликована в журнале Acta Astronautica.

После прекращения излучения полезная нагрузка полетит со скоростью почти 17 км/с — этого достаточно, чтобы преодолеть расстояние до орбиты Луны всего за 8 часов. Когда только космический корабль достигнет марсианской атмосферы, он все еще будет двигаться со скоростью 16 км/с. Пока люди на Красной планете не смогут построить эквивалентный земному лазерный массив для обеспечения обратной тяги, для замедления полезной нагрузки хотят использовать аэрозахват — аэродинамическое торможение в атмосфере. Однако этой рискованный маневр, при котором космический корабль на несколько минут подвергнется перегрузке до 8 g (где g — ускорение силы тяжести на поверхности Земли, 9,8 м/с2), что почти человеческий предел. Также проблемой станут сильные тепловые потоки на корабле из-за трения в атмосфере, которые не способны выдержать современные материалы систем теплозащиты.

Курс
Full Stack Web Development
Опануйте навички універсального програміста всього за 4 місяці
РЕЄСТРУЙТЕСЯ!
Full Stack Web Development

«Лазерно-тепловая тяга позволяет быстро транспортировать 1 тонну благодаря массиву лазеров размером с волейбольную площадку — то, что лазерно-электрическая тяга может делать с массивами километрового класса», — отметил Эммануэль Дюплей, ведущий автор исследования.

Главное преимущество концепции лазерно-тепловой двигательной — ее «беспрецедентно» низкое отношение массы к мощности, в диапазоне 0,001-0,010 кг/кВт.

Лазерно-тепловое движение впервые было изучено в 1970-х годах с использованием 10,6-микронных CO2-лазеров. Современные волоконно-оптические лазеры размером 1 микрон можно комбинировать в массивно-параллельные фазированные решетки с большим эффективным диаметром, поэтому фокусное расстояние передачи энергии на два порядка выше — 50 тыс. км в проекте Дюплея. Архитектура фазированных лазерных решеток разрабатывается группой под руководством физика Филипа Любина из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. В массиве используются отдельные лазерные усилители мощностью по 100 Вт — каждый усилитель представляет собой простую петлю из оптоволокна и светодиода, и может производиться массово и недорого. Для предполагаемой марсианской миссии потребует порядка 1 млн таких усилителей.

Дюплей считает, что лазерно-тепловая миссия на Красную планету может начаться через 10 лет после первых полетов человека, то есть, в 2040 году.

В 2016 году физик-теоретик Стивен Хокинг и российский бизнесмен Юрий Мильнер объявили о запуске проекта Breakthrough Starshot. В рамках него изучают возможность создания роя наноспутников, которые отправят к землеподобной планете у Альфы Центавра. Скорость передвижения зондов составит около 20% от скорости света. Спутники будут оснащены «парусом», на который будут воздействовать массивом лазеров.


Завантаження коментарів...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: