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La idea radical muestra que la propulsión láser puede acelerar rápidamente los viajes a Marte

La NASA y China planean realizar misiones tripuladas para Marte en la próxima década. Si bien esto representa un gran salto en términos de exploración espacial, también presenta importantes desafíos logísticos y tecnológicos.

Para empezar, las misiones a Marte solo se pueden lanzar cada 26 meses cuando nuestro planeta está en su órbita más cercana entre sí (dentro deoposiciónCon la tecnología actual, llevaría de seis a nueve meses llegar de la Tierra a Marte.

Incluso con propulsión nuclear termonuclear o eléctrica (NTP/NEP), un tránsito en un solo sentido podría tardar 100 días en llegar a Marte.

Sin embargo, un equipo de investigadores de Montreal Universidad McGill Evaluación de las capacidades de un sistema de propulsión láser térmico. de acuerdo a Sus estudiosLa nave espacial que se basa en un nuevo sistema de propulsión, donde se utilizan láseres para calentar el combustible de hidrógeno, ¡podría reducir los tiempos de tránsito a Marte a solo 45 días!

Demostración conceptual de un sistema de propulsión por láser térmico. (Douplay et al., 2022)

La búsqueda fue encabezada por emmanuel dobleSe graduó de McGill y tiene una Maestría en Ingeniería Aeroespacial en Universidad Técnica de Delft. A él se unió un profesor asociado andres higgins Y muchos investigadores con Departamento de Ingeniería Mecánica en la Universidad McGill.

su estudio tituladoDiseño de un tránsito rápido a una misión a Marte utilizando propulsión láser térmicaRecientemente fue enviado a la revista astronomia y astronomia.

En los últimos años, la propulsión de energía dirigida (DE) ha sido un tema de gran interés e investigación. Ejemplos incluyen Programa luz de las estrellas – También conocido como Propulsión de energía dirigida para la exploración interestelar (DEEP-IN) y Estudios interestelares dirigidos (DEIS) – Desarrollado por Profesor Felipe Lubin y el Universidad de California, Grupo de Cosmología Experimental de San Francisco (cardiograma).

Como parte de una investigación financiada por la NASA que comenzó en 2009, estos programas tienen como objetivo adaptar aplicaciones de DE a gran escala para misiones interestelares.

hay, también truco de Starshot Y Proyecto Libélulalos cuales se originaron en A Estudio de Diseño alojado por Iniciativa para estudios interestelares (i4iS) en 2013. Estos conceptos requieren una matriz de láser de gigavatios de potencia para acelerar una vela ligera y una pequeña nave espacial a una fracción de la velocidad de la luz (también conocidas como velocidades relativistas) para llegar a los sistemas estelares cercanos en décadas, en lugar de siglos. o milenios.

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Pero mientras estos conceptos están en el foco interestelar, Doblay y sus colegas han explorado la posibilidad de un concepto interplanetario.

Como explicó Duplay a Universe Today por correo electrónico:

«La última aplicación de la propulsión de energía dirigida sería impulsar una vela óptica hacia las estrellas para un verdadero viaje interestelar, una perspectiva que motivó a nuestro equipo a realizar este estudio. Estábamos interesados ​​en cómo se podría usar la misma tecnología láser para el transporte rápido en el Sistema Solar, que esperamos sea un punto de partida a corto plazo que potencialmente podría mostrar la tecnología.

Además de la propulsión de velas láser, DE se está explorando para muchas otras aplicaciones de exploración espacial. Esto incluye irradiar energía Hacia y desde naves espaciales y hábitats permanentemente sombreados (p. ej., programa artemisa), Comunicaciones, defensa de asteroidesy busca Posibles firmas tecnológicas.

También existe el concepto de una nave espacial láser eléctrica. NASA Como parte de un estudio colaborativo entre ECG UCSB y MIT.

Para esta aplicación, se utiliza un láser para suministrar energía a los conjuntos fotovoltaicos de una nave espacial, que se convierte en electricidad para alimentar el propulsor de efecto Hall (una unidad de iones). Esta idea es similar a propulsión eléctrica nuclear (NEP), donde la matriz de láser reemplaza al reactor nuclear. Como explicó Duplay, su concepto está relacionado pero es diferente:

«Nuestro enfoque es complementario a estos conceptos, ya que utiliza el mismo concepto de un láser de matriz en fase, pero utiliza un flujo de láser más intenso en la nave espacial para calentar el propulsor directamente, de forma similar a una caldera de vapor gigante. Esto permite que la nave espacial acelerar rápidamente mientras aún está cerca de la Tierra, por lo que el láser no necesita enfocarse lejos en el espacio.

«Nuestra nave espacial es como un carro de arrastre que acelera muy rápido mientras aún está cerca de la Tierra. Creemos que incluso podemos usar el mismo motor de cohete impulsado por láser para devolver el propulsor a la órbita de la Tierra, habiendo lanzado la nave principal de regreso a Marte, permitiéndole para ser reciclado rápidamente para el próximo lanzamiento».

En este sentido, el concepto propuesto por Doblay y colaboradores es similar al sistema de propulsión termonuclear nuclear (NTP), en el que el láser ha sustituido al reactor nuclear.

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Además del combustible de hidrógeno y DE, la arquitectura de misión de una nave espacial térmica láser incluye muchas tecnologías de otras arquitecturas. Como señaló Duplay, incluyen:

«[A]Hojas de láseres de fibra óptica que actúan como un solo elemento óptico, estructuras espaciales inflables que pueden usarse para enfocar el rayo láser cuando llega a la nave espacial hacia la cámara de calentamiento, y el desarrollo de materiales de alta temperatura que permiten que la nave espacial se rompa contra la atmósfera marciana al llegar».

Este último componente es necesario ya que no hay una matriz de láser en Marte para reducir la velocidad de la nave espacial una vez que llega a Marte.

“El reflector inflable es clave de otras arquitecturas de energía dirigida: está diseñado para ser altamente reflectante y puede mantener más potencia láser por unidad de área que el panel fotovoltaico, lo que hace posible esta tarea con un tamaño modesto de matriz de láser en comparación con el láser fotovoltaico de empuje. ”, agregó Dobelli. .

Al combinar estos elementos, un cohete térmico láser podría permitir un tránsito muy rápido a Marte de hasta seis semanas, algo que antes solo se consideraba posible con motores de cohetes de propulsión nuclear.

El beneficio más inmediato es que ofrece una solución a los peligros del tránsito en el espacio profundo, como la exposición prolongada a la radiación y la microgravedad.

Al mismo tiempo, dice Dobelli, la tarea presenta algunos obstáculos ya que muchas de las tecnologías involucradas están en un estado de sangrado y aún no se han probado:

«La cámara de calentamiento por láser es probablemente el mayor desafío: ¿Podemos contener gas hidrógeno, nuestro propulsor, que se calienta con un rayo láser a temperaturas superiores a los 10 000 K y al mismo tiempo mantenemos frías las paredes de la cámara? Digo que es posible, pero la prueba Experimental a gran escala La escala no es posible en este momento porque aún no hemos construido los 100 megavatios de láser requeridos».

Si bien gran parte de la tecnología en la arquitectura de la misión propuesta, y otras propuestas similares, aún se encuentra en la etapa de teoría y desarrollo, no hay duda de su potencial.

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Reducir el tiempo que lleva llegar a Marte a semanas en lugar de meses abordaría dos de los mayores desafíos para las misiones a Marte: las consideraciones logísticas y de salud.

Además, la creación de un sistema de tránsito rápido entre la Tierra y Marte acelerará la creación de infraestructura entre la Tierra y Marte. Esto podría incluir una estación espacial similar a un portal en la órbita de Marte, como el campamento base de Marte propuesto por Lockheed Martin, así como una matriz de láser para reducir la velocidad de las naves espaciales entrantes.

La presencia de estas instalaciones también aceleraría los planes para establecer una presencia humana permanente en la superficie.

Como concluyó el profesor Higgins:

«El estudio Mars Design in 45 Days dirigido por Emmanuel fue impulsado por la exploración de otras aplicaciones a corto plazo de la tecnología láser de matriz en fase que está desarrollando el grupo de Philippe Lupin. La capacidad de entregar energía en el espacio profundo a través de láseres sería una tecnología disruptiva». para propulsión y potencia.Nuestro estudio examinó el enfoque de los láseres térmicos, lo que suena alentador, pero la tecnología láser en sí es un verdadero cambio de juego».

Este artículo fue publicado originalmente por universo hoy. Leer el artículo original.