Долетіти до Марса за кілька тижнів: учені працюють над новим типом лазерного двигуна

Майбутнє освоєння космосу охоплює доволі амбітні плани щодо швидкого відправлення пілотованих місій на Місяць і Марс, а також роботизованих місій на околиці Сонячної системи й навіть до найближчих зірок. Для реалізації цих планів потрібні абсолютно нові рухові установки, які зможуть забезпечити високу тягу та стабільне прискорення. Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Aerospace Research Central, запропонували новий тип рухової установки зі спрямованою енергією для дослідження Сонячної системи, а також найближчих зірок. Вони описали перші результати роботи свого лазерно-теплового двигуна. Ця технологія потенційно може забезпечити як високу тягу, так і питомий імпульс, зокрема й для міжзоряних місій, пише Universe Today.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Уперше концепцію лазерно-теплового двигуна вчені запропонували ще 2 роки тому. Вони припустили, що за допомогою такої рухової установки можна дістатися до Марса всього за 45 днів замість 6-9 місяців. Також учені стверджували, що ця технологія дасть змогу дістатися до найближчих зірок набагато швидше.

Спочатку вчені запропонували використовувати наземний лазер діаметром 10 м і потужністю 100 МВт, який був би здатний подавати енергію на космічний апарат, що розташований на відстані Місяця від Землі. Нагріваючи водневе паливо до температури майже 10 000 градусів за Цельсієм, цей лазер здатний створити високу тягу та високий питомий імпульс.

Концепція нового двигуна аналогічна до ядерно-теплового двигуна, над яким працюють вчені з NASA. У ньому ядерний реактор створює тепло, яке викликає розширення палива з водню або дейтерію, яке потім виходить через сопла для створення тяги. У цьому випадку лазери фокусуються в камері нагріву водню, який потім випускається через сопло для створення питомих імпульсів тривалістю 3000 секунд.

Через майже 2 роки вчені вирішили експериментально перевірити свою ідею. Але для цього вони використовували лазерну установку потужністю 3 кВт, щоб перевірити, як пов'язуватиме свою енергію з паливом. У результаті вчені сконструювали апарат, що містить від 5 до 20 бар аргону. Хоча в остаточній концепції двигуна як паливо використовуватиметься газоподібний водень, для випробувань використовували аргон, оскільки його легше іонізувати. Потім учені запустили лазер імпульсами на частоті 1070 нанометрів, що відповідає довжині хвилі ближнього інфрачервоного світла, щоб визначити порогову потужність, необхідну для лазерно-підтримуваної плазми. Їхні результати показали, що приблизно 80% лазерної енергії було передано в плазму, що узгоджується з попередніми припущеннями.

Як показало дослідження, концепція показала себе добре, але для остаточних результатів необхідні подальші експерименти. Учені наприкінці цього року збираються провести вимірювання тяги, щоб оцінити, яке прискорення та питомий імпульс може забезпечити лазерно-тепловий двигун для майбутніх місій на Марс та інші планети Сонячної системи, а також до інших зірок.

Якщо ця технологія покаже свою працездатність, але на її основі можна буде створити робочу рухову установку, яка дасть змогу доправляти астронавтів на Марс за кілька тижнів, вважають учені.

Як уже писав Фокус, апарат із квантовим двигуном, який порушує закони фізики, загубився в космосі. Випробування спірної технології, яка повинна була показати, що закони фізики невірні, провалилося.