Нов лазерно-термичен двигател за междупланетни космически полети са предложили канадски учени. Според изчисленията корабът със силова установка, в която водородното гориво се нагрява от фокусиран лазерен лъч от Земята, ще достига Марс само за 45 дни.
Пренос на енергия със скоростта на светлината
Космическите програми на НАСА и Китай предвиждат изпращане на експедиции до Марс. Но има трудност – космическата радиация. Марсоходът на НАСА Perseverance е летял към Червената планета в продължение на шест месеца и двадесет дни. За хората такъв полет би бил фатален.
Няколко държави разработват по-бързи ядрени ракетни двигатели. Но дори и те едва ли ще направят възможно да се стигне до Марс за по-малко от сто дни.
Междузвездно пътешествие ще изисква не само свръхбързи, но и напълно автономни двигатели, които могат да работят неограничено време без презареждане. Повечето от тези проекти се основават на концепцията слънчево платно: космическият кораб се ускорява от слънчевата светлина, падаща върху огледалната повърхност на рефлектора. Такива агрегати изобщо не се нуждаят от химическо гориво.
Но те могат да движат само малки сонди с тегло не повече от грам. Това е подходящо за сензори и оптични системи. Може да се използват за защита на планетата от астероиди, за търсене на сигнали от извънземни цивилизации или например за комуникация с апарати от далечната страна на Луната.
Друг недостатък на слънчевото платно е, че колкото по-далече от Слънцето, толкова по-слаб е потокът на светлината и толкова по-малка е тягата.
Проектите Breakthrough Starshot или Project Dragonfly предлагат да се реши този проблем, като се допълни слънчевото платно с монтирана на Земята лазерна решетка с мощност около гигават. Според изчисленията лъчът от нея ще ускори свръхлекия кораб до релативистични скорости - около двадесет процента от скоростта на светлината. Това би позволило достигане до близки звездни системи за десетилетия, а не за векове или хилядолетия.
В Калифорнийския университет в Санта Барбара (UCSB) от 2009 г. с подкрепата на НАСА се реализира програмата Starlight за създаване на цяло семейство хибридни лазерно-химични двигатели с насочена енергия (DE) - това е, когато лазерният лъч създава импулс, който предизвиква определена реакция в зависимост от горивото.
НАСА също изучава концепцията за лазерно-химичен кораб съвместно със специалистите от UCSB и Масачузетския технологичен институт. Същността ѝ е в това, че лазерите зареждат фотоволтаични батерии на борда на космическия апарат. Тези батерии генерират електрическо поле, в което ускореният до високи скорости йонизиран газ създава реактивна тяга.
До Марс за 45 дни
Изследователи от университета Макгил в Монреал, водени от Еманюел Дюплей, са оценили всички варианти и са предложили да се допълнят предимствата на двигателите с насочена енергия с мощността на ядрените.
В разработената от тях схема на лазерно-термична инсталация лъчът от разположената на Земята лазерна решетка се насочва към надуваемия рефлектор на космическия кораб. Нагрятото от фокусирания лъч водородно гориво изгаря в "парен котел", осигурявайки тяга.
Докато не е далече от Земята и лазерният лъч е достатъчно мощен, корабът ще се ускорява до 14 километра в секунда. След това двигателят се отделя и се връща в средна околоземна орбита, където може да бъде използван повторно.
Това ще съкрати полета до Марс до 45 дни. В допълнение това ще даде известна свобода на маневрата, тъй като няма да е необходимо стриктно да се обвързва с момента на противостоянието между Земята и Марс. Двете планети се намират най-близо една до друга веднъж на всеки 26 месеца - това е времето за стартиране на всички марсиански мисии.
Въпрос за бъдещето
Учените отбелязват, че засега става дума само за концептуален модел. Предстои да се вземе решение за материала на корпуса на космическия кораб, който трябва да бъде достатъчно здрав, за да не изгори при навлизане в атмосферата на Марс – не е предвидено спиране на двигателя. В бъдеще, когато на Червената планета се появи постоянна база, там ще може да се постави лазерна инсталация за забавяне на спускането.
Друг въпрос е нагревателната камера, която да може да издържи десет хиляди градуса. Напълно възможно е да се получи такъв материал, но така или иначе няма да е възможно да се тества – все още няма лазери с мощност от сто мегавата. Но например надуваемият рефлектор може да се проектира още сега.
Идеята за лазерно-термичен двигател възниква през 70-те години на миналия век, но тогава не привлича много внимание. Сега заселването на Марс се обсъжда сериозно и тази концепция може да помогне за решаването на много проблеми: въздействието на радиацията и микрогравитацията върху астронавтите, логистичните бариери и доставката на доставки за изграждането на марсианската инфраструктура. Същата технология ще бъде полезна за полети до други планети в Слънчевата система, както и за безпилотни мисии до нейните покрайнини.
