Optisk framdrivningsteknik

För mer än 20 år sedan började USA utveckla ett missilförsvar med kodnamnet "Star Wars". Systemet är utformat för att spåra missiler som avfyras av andra länder och använder lasrar för att skjuta ner dem. Även om det här systemet var konstruerat för krigföring, har forskare funnit att dessa högkapacitetslaser har många andra användningsområden. Faktum är att en dag lasrar kommer att användas för att driva rymdfarkoster i omlopp och andra planeter.

Människor använder för närvarande rymdfärjor för att flyga in i rymden. Utrymme shuttles måste lanseras och lyftas. Förutom att man installerar massor av bränsle måste två jätte raketboosters vara bundna. Lasrar tillåter ingenjörer att utveckla lätta rymdfarkoster som inte kräver energi. Den lätta båten själv kan fungera som en motor, och bränslet är lätt - den mest rikliga energikällan i universum.

Grundprincipen för en lätt propellern är att använda en landbaserad laser för att värma luften, explodera den och driva rymdfarkosten. Om det fungerar är ljuspropellen inte bara tusentals gånger lättare än kemisk raketmotorn, men också tusentals gånger effektivare. Det kommer inte att orsaka någon förorening. I den här artikeln av HowStuffWorks kommer vi att förstå två versioner av detta avancerade framdrivningssystem, varav en tar oss från jord till mån på bara fem och en halv timme, medan den andra kommer att ta oss längs "ljusvägen". "Resa till solsystemet.

Den lätta drivna raketen låter som ett rymdskepp i en science fiction roman - den rider en laserstråle i rymden. Det kräver lite eller inget drivmedel, och det är föroreningsfritt. Detta verkar otroligt eftersom människor inte har utvecklat någon utrustning som liknar den som kan användas för regelbunden mark eller flygresor på jorden. Även om det kan ta 15-30 år att uppnå detta mål har principen om att bygga barebåtar framgångsrikt testats många gånger. Ett företag som heter Lightcraft Technologies fortsätter att förbättra forskningen från Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York.

Den grundläggande principen för ljusbåten är mycket enkel - det ekollonformade flygplanet använder en spegel för att ta emot och fokusera den infallande laserstrålen för att värma luften och explodera den och därigenom driva flygplanet. Grundkomponenterna för detta revolutionerande framdrivningssystem är listade nedan:

Koldioxidlaser - Lightcraft Technologies använder det pulserande laserskadorstestsystemet (PLVTS), vilket är en produkt av Star Wars-försvarsprogrammet. Testljusfartyget använder för närvarande en 10-kilowatt pulslaser, som också är en av världens största energilaser.

Parabolspegel - Spjällets botten är en spegel som fokuserar laserstrålen mot motorintaget eller inbyggd drivmedel. Det finns också en teleskopliknande spegel som fungerar som en sekundär landbaserad sändare för att styra laserstrålen till ljusbåten.

Absorptionskammare - Inloppsluften införs i absorptionskammaren och värms och expanderas av laserstrålen för att driva ljusbåten.

Bränsle ombord - När atmosfären är för tunn för att ge tillräckligt med luft behövs en liten mängd väte drivmedel för att ge raketkraft.

Innan bareboat lanseras injiceras en ström av tryckluft, vilket får den att rotera vid cirka 10 000 varv per minut (varv per sekund). Denna rotation är nödvändig för gyro-stabiliserade flygplan. Ta amerikansk fotboll som ett exempel: För att passera bollen mer exakt, kommer quarterback att rotera när man spelar fotboll. Omvandling till detta mycket lätta flygplan gör det möjligt att passera genom luften mer stabilt.

När ljusbåten roterar med optimal hastighet kommer lasern att sättas på och skjuta ljusbåten in i luften. Frekvensen för 10 kW laserutsläppspuls är 25-28 gånger / sek. Genom att utsända pulser fortsätter lasern att trycka upp flygplanet uppåt. Strålen är inriktad av en parabolisk spegel på botten av flygplanet och värmer luften till 9982-29982 ° C, flera gånger högre än solens yta. Luften kommer att omvandlas till ett plasma tillstånd vid höga temperaturer, och sedan kommer plasman att explodera och driva den uppåt i flygplanet.

Lightcraft Technologies sponsrades av FINDS (en tidig flygning finansierades av NASA och US Air Force) och genomförde flera tester på en liten prototyp av bareboat på White Sands Missile Test Site i New Mexico. I oktober 2000 nådde en liten barbåt med en diameter på 12,2 centimeter och en vikt på endast 50 gram en höjd av 71 meter. Lightcraft Technologies hoppas kunna skicka prototypen till lätta båten till mer än 150 meter i höjd 2001. En megawatt laser måste sända ett kilo satelliter till en låg jordbana. Även om modellen är tillverkad av flygplansaluminium, kan den slutliga standardlätta båten vara tillverkad av kiselkarbid.

Laserljusbåten kan också använda en spegel, installera den i en lätt båt och projektera strålenergin framför rymdfarkosten. Värmen som alstras av laserstrålen bildar luftspikar, vrider luften runt rymdfarkosten vilket kan minska motståndet och minska värmen absorberad av ljusbåten.

För närvarande överväger någon att använda ett annat framdrivningssystem för lätta båtar, vilket innefattar mikrovågor. Mikrovågsenergi är billigare än laserenergi, och det är lättare att uppgradera till högre kraft, men det behöver rymdfarkoster med större diameter. Det lätta fartyget som är utformat för denna typ av thruster ser mer ut som en flygande tallrik (vi gör i själva verket gradvis sciencefiction till verklighet). Det tar längre tid att utveckla denna teknik än laserdrivna ljusbåtar, men det kan ta oss till exoplaneter. Utvecklarna tänkte också byggandet av tusentals sådana ljusbåtar, drivna av en flotta orbital kraftverk och ersätta traditionella flygplan.

Mikrovågsugna ljusbåtar använder också andra energikällor än rymdfarkoster. Vid användning av ett laserdrivet framdrivningssystem ligger energi på marken. Mikrovågs-framdrivningssystemet är motsatt. Mikroprojektorns rymdfarkoster kommer att förlita sig på kraften i kretsar solenergi stationer för att sända nedåt. Energi skjuter inte bort från den lätta båten, men drar det närmare.

För att mikrobåtsljusbåt ska flyga måste forskare först placera ett solkraftverk med en diameter på 1 km i omloppsbana. Leik Myrabo, som är chef för ljusbåtforskning, anser att ett sådant kraftverk kan generera upp till 20 gigawattar av makt. Kraftverket sträcker sig längs en bana 500 kilometer över jorden och skickar mikrovågsenergi till en 20 meter lång båt som kan bära 12 personer. Överst på flygplanet är täckt med miljoner små antenner som omvandlar mikrovågor till elektrisk ström. Med bara två banor kommer kraftverket att kunna samla 1800 gigajoules energi och leverera 4,3 gigawatt kraft till bareboat för sin omlopp.

Mikrovågsljusbåten kommer att vara utrustad med två kraftfulla magneter och tre framdrivningsmotorer. När bareboaten tar av, använder den solcellen som täcker toppen för att generera el. Nuvarande kommer att ionisera luften och sedan trycka på flygplanet. När du har tagit av, använder mikrovågsljusbåten interna reflektorer för att värma omgivande luft och passera genom ljudspärren.

Efter stigning till en viss höjd lutas bareboaten till sidan för att få supersonisk hastighet. Därefter reflekteras hälften av mikrovågsmotståndet framför ljusbåten, uppvärmer luften och bildar luftspikar, vilket gör att rymdfarkosten kan passera genom luften vid 25 gånger ljudets hastighet och flyga in i bana. Flygplanets maximala hastighet är cirka 50 gånger ljudets hastighet. Den andra hälften av mikrovågsströmmen omvandlas till strömmen av flygplanets mottagarantenn för att driva två elektromagnetiska motorer. De båda motorerna accelererar sedan slipströmmen (dvs. luften flyter runt flygplanet). Genom att påskynda slipströmmen kan flygplanet motverka alla soniska stötar och låta lyktskytten flyga tyst med supersoniska hastigheter.