科学家研制技术:搭乘激光去火星只需45天

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【新唐人北京时间2022年02月15日讯】一组科学家提议利用位于地面的激光发射器,发射一道直径10米的激光,足以把一千公斤的物体在45天内送达火星

人类第一趟火星之旅基本已经确定将使用SpaceX公司的化学燃料动力飞船,大约需要六个月的时间才能抵达火星。但是2018年,美国宇航局(NASA)招标新的飞船动力方案,希望能把一千公斤的物体在不到45天之内送达火星,不仅为将来地球和火星的物流运输做准备,也希望能缩短未来人类去火星旅途的时间,这将大幅减少人体所受到的太空辐射。

加拿大麦基尔大学(McGill University)的研究组提出了这套“激光-热力”动力方案,用地面发射的一道激光驱动飞行器在太空中飞行。

这道激光由大量肉眼看不见的红外光束组成,其波长不到一微米。总功率100兆瓦,差不多相当于美国8万户家庭的用电。待送的货物或飞船要先抵达地球的轨道,在那里等待启程。货物上装配一个反射器,把收到的激光送入一个含有氢等离子体的加热室。此密闭的加热室的温度将上升到4万开尔文(大约为7.2万华氏度),其中的氢气将被加热到1万开尔文(大约1.8万华氏度),此时氢气从一个喷嘴喷出,藉以产生推力。

根据设计,这个推进机制只需每58分钟进行一次。飞船还会配备一些侧边推进器,保证地球在自转的过程中飞船还能对准地面的激光。按照研究人员的计算,激光停止发射的时候,飞船和货物将以每秒17公里的速度飞离地球。按照这个速度,不到8小时飞船就能飞到比月球更远的地方。

一个半月后抵达火星的时候,飞船的速度仍然可达每秒16公里,需要使用“空气刹车”的技术让飞船减速进入距离火星地面150公里的轨道。这是另一个难点。

研究组说,最理想的情况是让飞船携带一个化学燃料引擎到时候助推减速。可是,这些燃料很重,将使得飞船允许的载货量降至还不到总重量(一千公斤)的6%。另一个办法是,人类将来有能力在火星基地搭建和地球上一样的激光发射装置,在那边接应抵达的飞船,用激光提供反向推力帮它减速。这也很合适,但是短期内还办不到。

所以目前空气刹车是唯一的办法。但是这难度也很大,飞船将受到8g的刹车加速度(g是地球的重力加速度,9.8 m/S²),这差不多是人体能够承受的极限。这个过程飞船也会产生巨大的热量,需要制造特殊的保护材料才能经受得住。

研究组表示,这套“激光-热力”动力方案一个很明显的优势是,能源占飞船质量的比例很低,因为能量源位于地面,飞船上用于接收激光的反射器质量也很小。

主要研究者伊曼纽尔·杜佩莱(Emmanuel Duplay)说,人类最初登陆火星的飞船不会使用这种技术,“然而,随着更多人去火星,并要在上面建立基地,我们就会需要更快捷的旅行方式,减少辐射危害。”

这份研究2021年12月16日发表于《宇航学报》(Acta Astronautica)。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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