光推动技术简介
20多年前,美国起头研造代号为“星球大战”的导弹防御系统。该系统旨在追踪其他国度发射的导弹,并使用激光器将其击落。固然这个系统是为战争而设计,但钻研人员发现这些高功率激光器还有多多其他用处。事实上,有朝一日激光器会用于将宇宙飞船推向轨路和其他星球。
人类目前使用航天飞机飞向太空,而航天飞机要发射升空,除了要装好几吨燃料表,还必须绑两个巨大的火箭助推器。激光器可供工程师研造出无需装载能源的轻型宇宙飞船。光船自身可充任引擎,而燃料则是光 ——宇宙中最丰硕的一种能源。
光推动器的根基道理是用陆基激光器加热空气,令其爆炸并推动宇宙飞船。倘若见效,光推动器不仅比化学火箭引擎轻数千倍、效能高数千倍,还不会造成任何传染。在本篇博闻网文章中,我们将相识这种先进推动系统的两个版本,其中一个只需五个半颖厩能把我们从地球带往月球,而另一个则能带我们沿“光路”进行太阳系之旅。
光推动火箭听上去就像科幻幼寺凤的宇宙飞船 -- 乘着激光束进入太空,它只需少量或无需装载推动剂,并且还无传染。这似乎不成思议,由于人类尚未研造出任何与之相近的设备可用于地球上通例的地面或空中观光。只管实现这一指标可能还必要15-30年,但建造光船的道理已经成功尝试了屡次。一家名为Lightcraft Technologies的公司在持续改进始于伦斯勒理工学院(位于纽约特洛伊市)的钻研。
光船的根基道理极度单一——橡子形飞行器利用镜子接管并聚焦入射激光束,以加热空气并使之爆炸,从而推动飞行器。下面列出了这种革命性推动系统的根基组件:
二氧化碳激光器——Lightcraft Technologies使用脉冲激光危险测试系统 (PLVTS),这是星球大战防御打算的产品。试验光船目前使用10千瓦的脉冲激光器,也是全世界功率最大的激光器之一。
抛物柱面镜——宇宙飞船的底部是一面镜子,可将激光束聚焦至引擎进气口或机载推动剂;褂幸幻婵此仆毒档木底映淙未渭堵交⑸浠,用于将激光束疏导至光船上。
吸收室——将进气引入吸收室,并由激光束加热膨胀,从而推动光船。
机载氢——当大气过于稀薄,无法提供足够的空气时,必要少量氢推动剂提供火箭推力。
光船发射前会喷射一股压缩空气,这些空气将使其以约莫10,000转/分(rpm)的速度旋转。这种旋转对陀螺式不变飞行器极度必要。以美式橄榄球为例:为了更精准地传球,四分卫会在踢球时加以旋转。将旋转施加给这种极轻的飞行器,就能让其更不变地穿过空气。
一旦光船以最佳速度旋转,激光器就会打开,从而将光船推向空中。10千瓦激光器发射脉冲的频率是25-28次/秒。通过发射脉冲,激光器会持续向上推动飞行器。光束由飞行器底部的抛物柱面镜聚焦,并将空气加热到9982-29982℃,比太阳表表的温度还要高好几倍?掌诟呶孪禄嶙壤胱幼刺,而后等离子产生爆炸并向上推动飞行器。
Lightcraft Technologies公司得到FINDS的赞助(早期飞行由美国宇航局和美国空军赞助),在新墨西哥州的白沙导弹试验场对一架幼型光船样机进行了几次测试。2000年10月,直径12.2厘米、沉量仅50克的幼型光船达到了71米的高度。Lightcraft Technologies但愿,能在2001年将该光船样机发送到150多米的高度。将一公斤的卫星送入低地球轨路必要1兆瓦特的激光器。只管该模型是用飞机铝造成,但最终的尺度光船可能会由碳化硅打造。
这种激光光船也能够使用镜子,将其装置在光船内,投射飞船前方的光束能量。激光束发出的热量会形成空气钉,使飞船周围的空气转向,从而既能减幼阻力,又能削减光船吸收的热量。
目前有人在思考将另一种推动系统用于光船,其中涉及到微波。微波能量比激光能量更便宜,也更容易升级为较高的动力,但必要直径更大的飞船。为这种推动器设计的光船看上去更像飞碟(现实上我们正逐步将科幻变为现实)。与激光推动光船相比,开发这种技术必要更长的功夫,但它能带我们去表行星?⑷嗽被股柘虢ㄔ焓Ъ苷庵止獯,由一队轨路电站提供动力,并取代传统的飞机。
微颠簸力光船还会利用没有飞船之表的能源。使用激光动力推动系统时,能源是位于地面的。而微波推动系统则与之相反。微波推动宇宙飞船将依附轨路太阳能电站向下传送的动力。能源并不会推离光船,而是将其拉近。
要让微波光船飞行,科学家必须首先在轨路中安设一个直径为1公里的太阳能电站。辅导光船钻研的Leik Myrabo以为,这样一个发电站可产生高达20千兆瓦的动力。该发电站沿地球上空500公里的轨路运行,并向直径20米、可搭载12人的光船发送微波能量。飞行器顶部覆盖着数百万个幼天线,可将微波转换成电流。只需两个轨路,发电站就能汇集1800千兆焦耳的能量,并向光船传送4.3千兆瓦的动力,供其驶入轨路。
该微波光船会建设两个壮大的磁体和三种推动引擎。光船腾飞时会利用覆盖在顶部的太阳能电池产生电流。电流会电离空气,而后推动飞行器。一旦腾飞,微波光船就会用内部反射器加热周围的空气,并穿过声障。
上升到肯定高度后,光船立即向一壁倾斜,以获得超音速。而后,一半的微颠簸力在光船前方得到反射,从而加热空气并形成空气钉,使飞船以25倍音速穿过空气,飞入轨路。该飞行器的最高速度约莫是音速的50倍。另一半微颠簸力则由飞行器的接管天线转化为电流,用于为两个电磁引擎供电。而后两个引擎对滑流(即飞行器周围流动的空气)进行加快。通过使滑流加快,飞行器就能抵消所有声震,让光船悄无声息地以超音速飞行。