Более 20 лет назад США приступили к разработке системы противоракетной обороны, получившей прозвище «Звездные войны». Эта система была разработана для отслеживания и использования лазеров для уничтожения ракет, запущенных зарубежными странами. Хотя эта система была разработана для войны, исследователи нашли много других применений для этих мощных лазеров. Фактически, однажды лазеры можно будет использовать для запуска космических аппаратов на орбиту и к другим планетам.
Чтобы добраться до космоса, мы в настоящее время используем космический шаттл, который должен нести тонны топлива и иметь два массивных ракетных ускорителя, привязанных к нему, чтобы взлететь с земли. Лазеры позволят инженерам разрабатывать более легкие космические корабли, которым не потребуется бортовой источник энергии. Само транспортное средствоlightcraft будет действовать как двигатель, а свет - один из самых распространенных источников энергии во вселенной - будет топливом.
Основная идея светового движения заключается в использовании наземных лазеров для нагревания воздуха до такой степени, что он взрывается, толкая космический корабль вперед. Если это сработает, легкие двигатели будут в тысячи раз легче и эффективнее, чем химические ракетные двигатели, и не будут производить никакого загрязнения. В этом выпускеHow Stuff WILL Work мы рассмотрим две версии этой передовой двигательной установки - одна из них может доставить нас с Земли на Луну всего за пять с половиной лет. часов, а другой мог бы отправиться в путешествие по Солнечной системе по «магистралям света».
Маяк с лазерным двигателем
Легкие ракеты звучат как что-то из области научной фантастики - космические корабли, которые летят в космос с помощью лазерного луча, требуют мало или вообще не требуют топлива на борту и не создают загрязнения. Звучит довольно надуманно, учитывая, что мы не смогли разработать ничего похожего на обычные наземные или воздушные путешествия на Земле. Но хотя до этого еще может пройти от 15 до 30 лет, принципы, лежащие в основе легких кораблей, уже несколько раз были успешно испытаны. Компания Lightcraft Technologies продолжает совершенствовать исследования, начатые в Политехническом институте Ренсселера в Трое, штат Нью-Йорк.
Основная идея лайткрафта проста - аппарат в форме желудя использует зеркала для приема и фокусировки входящего лазерного луча для нагревания воздуха, который взрывается, приводя в движение аппарат. Вот основные компоненты этой революционной силовой установки:
- Углекислотный лазер - Lightcraft Technologies использует систему проверки уязвимости импульсного лазера (PLVTS), порождение оборонной программы «Звездных войн». Импульсный лазер мощностью 10 кВт, используемый для создания экспериментального светового корабля, является одним из самых мощных в мире.
- Параболическое зеркало - Нижняя часть космического корабля представляет собой зеркало, которое фокусирует лазерный луч на воздухе двигателя или бортовом топливе. Вторичный наземный передатчик, зеркало, похожее на телескоп, используется для направления лазерного луча на маяк.
- Поглотительная камера - входящий воздух направляется в эту камеру, где он нагревается лучом, расширяется и приводит в движение световой корабль.
- Бортовой водород - Небольшое количество водородного топлива необходимо для ракетной тяги, когда атмосфера слишком разрежена, чтобы обеспечить достаточное количество воздуха.
Перед взлетом струя сжатого воздуха используется для раскрутки маяка до примерно 10 000 оборотов в минуту (об/мин). Вращение необходимо для гироскопической стабилизации корабля. Подумайте о футболе: квотербек использует вращение при передаче футбольного мяча, чтобы сделать более точную передачу. Когда к этому чрезвычайно легкому ремеслу применяется вращение, это позволяет ему рассекать воздух с большей устойчивостью. Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео о лайткрафте в действии. (Для просмотра видео необходим бесплатный проигрыватель Windows Media версии 6.4 или выше.)
Как только световой корабль начинает вращаться с оптимальной скоростью, включается лазер, подбрасывающий световой корабль в воздух. 10-киловаттный лазер пульсирует с частотой 25-28 раз в секунду. Пульсируя, лазер продолжает толкать корабль вверх. Луч света фокусируется параболическим зеркалом в нижней части маяка, которое нагревает воздух до температуры от 18 000 до 54 000 градусов по Фаренгейту (от 9 982 до 29 982 градусов по Цельсию) - это в несколько раз горячее, чем на поверхности. солнца. Когда вы нагреваете воздух до таких высоких температур, он превращается в плазму - эта плазма затем взрывается, поднимая корабль вверх.
Lightcraft Technologies, Inc. при спонсорской поддержке FINDS - более ранние полеты финансировались НАСА и ВВС США - несколько раз испытывала небольшой прототип легкого корабля наракетном полигоне Уайт-Сэндсв Нью-Мексико. В октябре 2000 года миниатюрный маяк диаметром 4,8 дюйма (12,2 см) и весом всего 1,76 унции (50 грамм) поднялся на высоту 233 фута (71 метр). Где-то в 2001 году Lightcraft Technologies надеется отправить прототип легкого корабля на высоту около 500 футов. Для вывода на низкую околоземную орбиту спутника весом в один килограмм потребуется лазер мощностью 1 мегаватт. Хотя модель изготовлена из авиационного алюминия, финальный полноразмерный лайткрафт, вероятно, будет построен изкарбида кремния
Этот лазерный световой корабль также может использовать зеркала, расположенные внутри корабля, чтобы проецировать часть излучаемой энергии впереди корабля. Тепло от лазерного луча создаст воздушный выброс, который отклонит часть воздуха мимо корабля, тем самым уменьшив сопротивление и уменьшив количество тепла, поглощаемого световым кораблем.
Майккрафт с микроволновым двигателем
Еще одна силовая установка, рассматриваемая для другого класса легких кораблей, предполагает использование микроволн. Микроволновая энергия дешевле, чем лазерная, и ее легче масштабировать до более высоких мощностей, но для этого потребуется корабль большего диаметра. Световые корабли, разрабатываемые для этого двигателя, больше походили бы на летающие тарелки (теперь мы действительно движемся в область научной фантастики). На разработку этой технологии уйдет больше лет, чем на лазерный световой корабль, но она может привести нас к далеким планетам. Разработчики также предполагают тысячи таких легких кораблей, приводимых в движение флотом орбитальных электростанций, которые заменят обычные авиаперевозки.
Маяк с микроволновым питанием также будет использовать источник питания, который не встроен в корабль. Силовая установка с лазерным приводом находится на земле. Микроволновая двигательная установка изменит ситуацию. Космический корабль с микроволновым двигателем будет полагаться на энергию, передаваемую с орбитальных солнечных электростанций. Вместо того, чтобы отталкиваться от источника энергии, источник энергии притянет световой корабль.
Прежде чем этот микроволновый световой аппарат сможет летать, ученые должны вывести на орбиту солнечную электростанцию диаметром 1 километр (0,62 мили). Лейк Мирабо, который возглавляет исследование световых кораблей, считает, что такая электростанция может генерировать до 20 гигаватт мощности. Эта электростанция, вращающаяся на высоте 310 миль (500 км) над Землей, будет излучать микроволновую энергию на 66-футовый (20-метровый) дискообразный световой корабль, способный перевозить 12 человек. Миллионы крошечных антенн, покрывающих верхнюю часть корабля, будут преобразовывать микроволны в электричество. Всего за две орбиты электростанция сможет собрать 1800 гигаджоулей энергии и направить 4,3 гигаватт мощности на маяк для полета на орбиту.
Микроволновый световой корабль будет оснащен двумя мощными магнитами и тремя типами двигателей. Солнечные батареи, покрывающие верхнюю часть корабля, будут использоваться легким кораблем при запуске для производства электроэнергии. Затем электричество ионизировало бы воздух и приводило в движение корабль для посадки пассажиров. После запуска микроволновый световой корабль использовал свой внутренний отражатель, чтобы нагреть воздух вокруг себя и преодолеть звуковой барьер.
Оказавшись на большой высоте, он начал наклоняться вбок для достижения гиперзвуковой скорости. Затем половина мощности микроволн может отражаться перед кораблем, чтобы нагреть воздух и создать воздушный всплеск, позволяющий кораблю рассекать воздух со скоростью, в 25 раз превышающей скорость звука, и лететь на орбиту. Максимальная скорость корабля достигает пика примерно в 50 раз превышающего скорость звука. Другая половина микроволновой мощности преобразуется в электричество приемными антеннами корабля и используется для питания двух его электромагнитных двигателей. Затем эти двигатели ускоряют скользящую струю или воздух, обтекающий корабль. Ускоряя скользящую струю, корабль способен нейтрализовать любой звуковой удар, что делает лайткорабль совершенно бесшумным на сверхзвуковых скоростях.