L’idea radicale mostra che la propulsione laser può accelerare rapidamente i viaggi su Marte

La NASA e la Cina hanno in programma di svolgere missioni con equipaggio Marte nel prossimo decennio. Sebbene ciò rappresenti un enorme balzo in avanti in termini di esplorazione spaziale, presenta anche significative sfide logistiche e tecnologiche.

Per cominciare, le missioni su Marte possono essere lanciate solo ogni 26 mesi quando il nostro pianeta è più vicino in orbita l’uno all’altro (entroopposizioneCon la tecnologia attuale, ci vorrebbero dai sei ai nove mesi per andare dalla Terra a Marte.

Anche con la propulsione nucleare termonucleare o elettrica (NTP/NEP), un transito a senso unico potrebbe richiedere 100 giorni per raggiungere Marte.

Tuttavia, un team di ricercatori di Montreal Università McGill Valutazione delle capacità di un sistema di propulsione laser termico. secondo i loro studiLa navicella spaziale che fa affidamento su un nuovo sistema di propulsione – in cui i laser vengono utilizzati per riscaldare il combustibile a idrogeno – potrebbe ridurre i tempi di transito verso Marte a soli 45 giorni!

Dimostrazione concettuale di un sistema di propulsione laser termico. (Douplay et al., 2022)

La ricerca è stata guidata da Emanuele DoppioSi è laureato alla McGill e ha conseguito un Master in Ingegneria Aerospaziale presso TU Delft. È stato raggiunto da un professore associato Andrea Higgins E molti ricercatori con Dipartimento di Ingegneria Meccanica alla McGill University.

il loro studio intitolatoProgettare un transito rapido verso una missione su Marte utilizzando la propulsione laser termicaÈ stato recentemente presentato alla rivista Astronomia e astronomia.

Negli ultimi anni, la propulsione a energia diretta (DE) è stata un argomento di grande ricerca e interesse. Esempi inclusi Programma Starlight – Conosciuto anche come Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration (DEEP-IN) e Directed Interstellar Studies (DEIS) – Sviluppato da Professor Filippo Lubin e il Gruppo di cosmologia sperimentale dell’Università della California, San Francisco (cardiogramma).

Nell’ambito di una ricerca finanziata dalla NASA iniziata nel 2009, questi programmi mirano ad adattare applicazioni DE su larga scala per missioni interstellari.

READ  Jesse Plemons: La critica "gay" di Sam Elliott al potere del cane mi ha fatto ridere

C’è anche Trucchi Starshot e Progetto libellulaentrambi originati da A Studio di progettazione ospitato da Iniziativa per studi interstellari (i4iS) nel 2013. Questi concetti richiedono un array laser di potenza gigawatt per accelerare una vela leggera e un piccolo veicolo spaziale a una frazione della velocità della luce (note anche come velocità relativistiche) per raggiungere i sistemi stellari vicini in decenni, anziché secoli o millenni.

Ma mentre questi concetti sono al centro dell’attenzione interstellare, Doblay e i suoi colleghi hanno esplorato la possibilità di un concetto interplanetario.

Come ha spiegato Duplay a Universe Today via e-mail:

“L’ultima applicazione della propulsione a energia diretta sarebbe quella di spingere una vela ottica nelle stelle per un vero viaggio interstellare, una prospettiva che ha motivato il nostro team che ha condotto questo studio. Eravamo interessati a come la stessa tecnologia laser potesse essere utilizzata per il trasporto rapido nel Sistema solare, che speriamo possa essere un punto di partenza a breve termine che potrebbe potenzialmente mostrare la tecnologia.

Oltre alla propulsione a vela laser, DE è in fase di esplorazione per molte altre applicazioni di esplorazione spaziale. Ciò comprende irradiare energia Da e verso veicoli spaziali e habitat permanentemente ombreggiati (ad es. Programma Artemide), Comunicazioni, difesa dagli asteroidie cerca Possibili firme tecnologiche.

C’è anche un concetto di un’astronave laser elettrica Nasa Nell’ambito di uno studio collaborativo tra ECG UCSB e MIT.

Per questa applicazione, un laser viene utilizzato per fornire energia agli array fotovoltaici su un veicolo spaziale, che viene convertita in elettricità per alimentare il propulsore a effetto Hall (un drive ionico). Questa idea è simile a propulsione elettrica nucleare (NEP), dove l’array laser sostituisce il reattore nucleare. Come ha spiegato Duplay, il loro concetto è correlato ma diverso:

“Il nostro approccio è complementare a questi concetti, in quanto utilizza lo stesso concetto di un laser phased array, ma utilizza un flusso laser più intenso sul veicolo spaziale per riscaldare direttamente il propellente, in modo simile a una gigantesca caldaia a vapore. Ciò consente al veicolo spaziale di accelera rapidamente mentre sei ancora vicino alla Terra, quindi il laser non ha bisogno di essere focalizzato lontano nello spazio.

“La nostra navicella spaziale è come un’auto di trascinamento che accelera molto rapidamente mentre è ancora vicino alla Terra. Pensiamo di poter persino utilizzare lo stesso motore a razzo alimentato a laser per riportare il booster sull’orbita terrestre, dopo aver ricacciato l’astronave principale su Marte, abilitandolo da riciclare rapidamente per il prossimo lancio.”

A questo proposito, il concetto proposto da Doblay e colleghi è simile al sistema di propulsione termonucleare nucleare (NTP), in cui il laser ha sostituito il reattore nucleare.

READ  40 La migliore mensola per doccia del 2022 - Non acquistare una mensola per doccia finché non leggi QUESTO!

Oltre al DE e al carburante a idrogeno, l’architettura della missione di un veicolo spaziale termico laser include molte tecnologie di altre architetture. Come ha sottolineato Duplay, includono:

“[A]Fogli di laser a fibra ottica che agiscono come un unico elemento ottico, strutture spaziali gonfiabili che possono essere utilizzate per focalizzare il raggio laser mentre raggiunge il veicolo spaziale nella camera di riscaldamento e lo sviluppo di materiali ad alta temperatura che consentono al veicolo spaziale di rompersi contro l’atmosfera marziana all’arrivo.”

Quest’ultimo componente è necessario poiché non c’è un raggio laser su Marte per rallentare il veicolo spaziale una volta raggiunto Marte.

“Il riflettore gonfiabile è la chiave di altre architetture a energia diretta: è progettato per essere altamente riflettente e può mantenere una potenza laser maggiore per unità di area rispetto al pannello fotovoltaico, rendendo possibile questo compito con una dimensione del array laser modesta rispetto al laser fotovoltaico di spinta ”, ha aggiunto Dobelli.

Combinando questi elementi, un razzo termico laser potrebbe consentire un transito molto veloce su Marte per un massimo di sei settimane, qualcosa che prima era considerato possibile solo con motori a razzo a propulsione nucleare.

Il vantaggio più immediato è che offre una soluzione ai pericoli del transito nello spazio profondo, come l’esposizione prolungata alle radiazioni e alla microgravità.

Allo stesso tempo, afferma Dobelli, il compito presenta alcuni ostacoli poiché molte delle tecnologie coinvolte sono in uno stato sanguinante e non ancora testate:

“La camera di riscaldamento laser è probabilmente la sfida più grande: possiamo contenere idrogeno, il nostro propellente, riscaldato da un raggio laser a temperature superiori a 10.000 K, mantenendo comunque fresche le pareti della camera? Dico che è possibile, ma il test sperimentale di grandi dimensioni -la scalabilità non è possibile al momento perché non abbiamo ancora costruito i 100 megawatt di laser richiesti”.

Sebbene gran parte della tecnologia nell’architettura della missione proposta – e altre proposte simili – sia ancora in fase di teoria e sviluppo, non c’è dubbio sul suo potenziale.

READ  Informazioni recenti sulla crisi del confine Ucraina-Russia: annunci in diretta

Ridurre il tempo necessario per arrivare su Marte a settimane anziché mesi affronterebbe due delle maggiori sfide per le missioni su Marte: considerazioni logistiche e sanitarie.

Inoltre, la creazione di un sistema di transito rapido tra la Terra e Marte accelererà la creazione di infrastrutture tra la Terra e Marte. Ciò potrebbe includere una stazione spaziale simile a un portale nell’orbita di Marte, come il campo base su Marte proposto da Lockheed Martin, nonché un array laser per rallentare i veicoli spaziali in arrivo.

La presenza di queste strutture accelererebbe anche i piani per stabilire una presenza umana permanente in superficie.

Come ha concluso il professor Higgins:

“Lo studio Mars Design in 45 Days condotto da Emmanuel è stato spinto dall’esplorazione di altre applicazioni a breve termine della tecnologia laser phased-array sviluppata dal gruppo di Philippe Lupin. La capacità di fornire energia nello spazio profondo tramite i laser sarebbe una tecnologia dirompente. per propulsione e potenza. Il nostro studio ha esaminato l’approccio Laser termici, che suona incoraggiante, ma la stessa tecnologia laser è un vero punto di svolta”.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato da universo oggi. Leggi il articolo originale.

Related Articles

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Stay Connected

0FansLike
3,376FollowersFollow
0SubscribersSubscribe
- Advertisement -spot_img

Latest Articles