科學家研製技術:搭乘激光去火星只需45天

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【新唐人北京時間2022年02月15日訊】一組科學家提議利用位於地面的激光發射器,發射一道直徑10米的激光,足以把一千公斤的物體在45天內送達火星

人類第一趟火星之旅基本已經確定將使用SpaceX公司的化學燃料動力飛船,大約需要六個月的時間才能抵達火星。但是2018年,美國宇航局(NASA)招標新的飛船動力方案,希望能把一千公斤的物體在不到45天之內送達火星,不僅為將來地球和火星的物流運輸做準備,也希望能縮短未來人類去火星旅途的時間,這將大幅減少人體所受到的太空輻射。

加拿大麥基爾大學(McGill University)的研究組提出了這套「激光-熱力」動力方案,用地面發射的一道激光驅動飛行器在太空中飛行。

這道激光由大量肉眼看不見的紅外光束組成,其波長不到一微米。總功率100兆瓦,差不多相當於美國8萬戶家庭的用電。待送的貨物或飛船要先抵達地球的軌道,在那裡等待啓程。貨物上裝配一個反射器,把收到的激光送入一個含有氫等離子體的加熱室。此密閉的加熱室的溫度將上升到4萬開爾文(大約為7.2萬華氏度),其中的氫氣將被加熱到1萬開爾文(大約1.8萬華氏度),此時氫氣從一個噴嘴噴出,藉以產生推力。

根據設計,這個推進機制只需每58分鐘進行一次。飛船還會配備一些側邊推進器,保證地球在自轉的過程中飛船還能對準地面的激光。按照研究人員的計算,激光停止發射的時候,飛船和貨物將以每秒17公里的速度飛離地球。按照這個速度,不到8小時飛船就能飛到比月球更遠的地方。

一個半月後抵達火星的時候,飛船的速度仍然可達每秒16公里,需要使用「空氣剎車」的技術讓飛船減速進入距離火星地面150公里的軌道。這是另一個難點。

研究組說,最理想的情況是讓飛船攜帶一個化學燃料引擎到時候助推減速。可是,這些燃料很重,將使得飛船允許的載貨量降至還不到總重量(一千公斤)的6%。另一個辦法是,人類將來有能力在火星基地搭建和地球上一樣的激光發射裝置,在那邊接應抵達的飛船,用激光提供反向推力幫它減速。這也很合適,但是短期內還辦不到。

所以目前空氣剎車是唯一的辦法。但是這難度也很大,飛船將受到8g的剎車加速度(g是地球的重力加速度,9.8 m/S²),這差不多是人體能夠承受的極限。這個過程飛船也會產生巨大的熱量,需要製造特殊的保護材料才能經受得住。

研究組表示,這套「激光-熱力」動力方案一個很明顯的優勢是,能源占飛船質量的比例很低,因為能量源位於地面,飛船上用於接收激光的反射器質量也很小。

主要研究者伊曼紐爾·杜佩萊(Emmanuel Duplay)說,人類最初登陸火星的飛船不會使用這種技術,「然而,隨著更多人去火星,並要在上面建立基地,我們就會需要更快捷的旅行方式,減少輻射危害。」

這份研究2021年12月16日發表於《宇航學報》(Acta Astronautica)。

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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