Optisk fremdriftsteknik

For mere end 20 år siden begyndte USA at udvikle et missilforsvarssystem kodenavnet "Star Wars". Systemet er designet til at spore missiler fyret af andre lande og bruge lasere til at skyde dem ned. Selv om dette system er designet til krigsførelse, har forskere fundet ud af, at disse højkapacitetslasere har mange andre anvendelser. Faktisk vil en dag lasere blive brugt til at skubbe rumfartøjer i kredsløb og andre planeter.

Mennesker bruger i øjeblikket rumfærger til at flyve ind i rummet. Rumskibene skal lanceres og løftes. Ud over at installere tons brændstof, skal to gigantiske raketboosters være bundet. Lasere giver ingeniører mulighed for at udvikle lette rumfartøjer, der ikke kræver energi. Lysbåden selv kan fungere som en motor, og brændstoffet er let-den mest rigelige slags energi i universet.

Det grundlæggende princip for en lys propeller er at bruge en landbaseret laser til at opvarme luften, eksplodere den og fremdrive rumfartøjet. Hvis det virker, er lyspropellen ikke kun tusindvis af gange lettere end den kemiske raketmotor, men også tusindvis af gange mere effektive. Det vil ikke forårsage forurening. I denne artikel i HowStuffWorks forstår vi to versioner af dette avancerede fremdriftssystem, hvoraf den ene tager os fra jord til månen om kun fem og en halv time, mens den anden vil tage os langs "lysvejen". "Rejs til solsystemet.

Den lysdrevne raket lyder som et rumskib i en science fiction roman - det rider en laserstråle ind i rummet. Det kræver lidt eller intet drivmiddel, og det er forureningsfrit. Dette virker utroligt, fordi mennesker endnu ikke har udviklet noget udstyr, der ligner det, der kan bruges til regelmæssig jord eller flyve på Jorden. Selvom det kan tage 15-30 år at nå dette mål, er princippet om bygning af barebåde succesfuldt testet mange gange. Et firma kaldet Lightcraft Technologies fortsætter med at forbedre forskningen fra Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York.

Det grundlæggende princip for lyse båd er meget enkelt - det ekkoformede fly bruger et spejl til at modtage og fokusere den indfaldende laserstråle for at opvarme luften og eksplodere den og derved drive luftfartøjet. Grundkomponenterne i dette revolutionerende fremdriftssystem er anført nedenfor:

Kuldioxidlasere - Lightcraft Technologies anvender Pulsed Laser Damage Test System (PLVTS), som er et produkt af Star Wars-forsvarsprogrammet. Prøvelysskibet bruger i øjeblikket en 10-kilowatt pulslaser, som også er en af verdens største strømlasere.

Parabol spejl - Rumfartøjets bund er et spejl, der fokuserer laserstrålen på motorindtaget eller inddrivningsmidlet. Der er også et teleskoplignende spejl, der virker som en sekundær landbaseret sender til styring af laserstrålen til lysbåd.

Absorptionskammer - Indblæsningsluften indføres i absorptionskammeret og opvarmes og udvides af laserstrålen til at fremdrive den lyse båd.

Ombordbrint - Når atmosfæren er for tynd for at give tilstrækkelig luft, er der brug for en lille smule brintdrev til at give raketstød.

Inden bareboat lanceres, sprøjtes en strøm af trykluft, hvilket får den til at rotere med ca. 10.000 omdrejninger pr. Minut. Denne rotation er nødvendig for gyro-stabiliseret fly. Tag amerikansk fodbold som et eksempel: For at passere bolden mere præcist, vil quarterbacken rotere, når man spiller fodbold. Anvendelse af rotation til dette meget lette fly giver mulighed for at passere gennem luften mere stabilt.

Når lysbåden roterer med den optimale hastighed, tænder laseren, skubber lysbådene ind i luften. Frekvensen af 10 kW laseremissionspuls er 25-28 gange / sek. Ved at udsende impulser vil laseren fortsætte med at skubbe flyet opad. Strålen er fokuseret af et parabolisk spejl på bunden af flyet og opvarmer luften til 9982-29982 ° C, flere gange højere end solens overflade. Luften vil omdanne til en plasmastatus ved høje temperaturer, og derefter eksploderer og springer det op i flyet.

Lightcraft Technologies blev sponsoreret af FINDS (et tidligt fly blev finansieret af NASA og US Air Force) og gennemført flere tests på en lille bareboat prototype på White Sands Missile Test Site i New Mexico. I oktober 2000 nåede en lille barebåd med en diameter på 12,2 centimeter og en vægt på kun 50 gram en højde på 71 meter. Lightcraft Technologies håber at sende lystbådens prototype til mere end 150 meter i højden i 2001. En megawatt laser er forpligtet til at sende et kilo satellitter til lav jordbane. Selvom modellen er lavet af fly aluminium, kan den endelige standard lyse båd være lavet af siliciumcarbid.

Laserlysbåden kan også bruge et spejl, installere det i en let båd og projektere stråleenergien foran rumfartøjet. Den varme, der frembringes af laserstrålen, vil danne luftnails og dreje luften om rumfartøjet, hvilket kan reducere modstanden og reducere den varme, der absorberes af lysbåden.

I øjeblikket overvejer nogen at bruge et andet fremdriftssystem til lyse både, der involverer mikrobølger. Mikrobølgeenergi er billigere end laser energi, og det er lettere at opgradere til højere strøm, men det har brug for et rumfartøj med større diameter. Det lette skib designet til denne type thruster ligner mere som en flyvende tallerken (i virkeligheden er vi gradvis at gøre science fiction til virkelighed). Det tager længere tid at udvikle denne teknologi end laserdrevne lystbåde, men det kan tage os til eksoplaneter. Udviklerne forestillede sig også opførelsen af tusindvis af sådanne lyse både, drevet af en flåde af kredsløbsstationer og erstatning af traditionelle fly.

Mikrobølgedrevne lystbåde bruger også andre energikilder end rumfartøjer. Ved anvendelse af et laserdrevet fremdrivningssystem er der energi placeret på jorden. Mikrobølgefremdrivningssystemet er det modsatte. Mikrobølge-drevet rumfartøjer vil stole på kraften i kredsløb solenergi stationer til at sende nedad. Energien skubber ikke væk fra den lyse båd, men trækker den nærmere.

For at mikrobølgelyset skal flyve, skal forskerne først placere et solkraftværk med en diameter på 1 km i kredsløb. Leik Myrabo, der leder lette bådforskning, mener, at et sådant kraftværk kan generere op til 20 gigawatt af magt. Kraftværket løber langs en bane 500 kilometer over Jorden og sender mikrobølgeenergi til en 20 meter lang lysbåd, der kan transportere 12 personer. Toppen af flyet er dækket af millioner af små antenner, der omdanner mikrobølger til elektrisk strøm. Med kun to kredsløb vil kraftværket kunne indsamle 1800 gigajoules energi og levere 4,3 gigawatt strøm til bareboat for sin bane.

Mikrobølgelyset er udstyret med to kraftige magneter og tre fremdrivningsmotorer. Når bareboat tager afsted, bruger den solcellen, der dækker toppen til at generere elektricitet. Nuværende vil ionisere luften og derefter skubbe flyet. Når den er taget af, bruger mikrobølgelyseboten interne reflektorer til at opvarme den omgivende luft og passere gennem lydbarrieren.

Efter stigning til en vis højde, er bareboat vippet til siden for at opnå den supersoniske hastighed. Derefter reflekteres halvdelen af mikrobølgeffekten foran den lyse båd, opvarmer luften og danner luftnails, så rumfartøjet kan passere gennem luften ved 25 gange lydens hastighed og flyve ind i kredsløb. Luftfartøjets maksimale hastighed er ca. 50 gange lydens hastighed. Den anden halvdel af mikrobølgeffekten omdannes til strøm af flyets modtagende antenne for at drive to elektromagnetiske motorer. De to motorer accelererer derefter slipstrømmen (dvs. luften flyder rundt om flyet). Ved at accelerere slipstrømmen kan flyet modvirke alle soniske chok og lade lysskibet flyve stille ved supersoniske hastigheder.