Wetenschappers ontwikkelen een lasergestuurd systeem dat een ruimtevaartuig in 45 dagen naar Mars kan sturen

NASA verwacht dat het ongeveer 500 dagen zal duren voordat mensen de Rode Planeet bereiken, maar Canadese ingenieurs zeggen dat een op laser gebaseerd systeem die reis zou kunnen verkorten tot slechts 45 dagen.

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie is van plan om halverwege de jaren dertig een bemanning naar de Rode Planeet te sturen, rond dezelfde tijd dat China ook van plan is mensen op Mars te laten landen.

Ingenieurs van de McGill University in Montreal, Canada, zeggen dat ze een thermisch laservoortstuwingssysteem hebben ontwikkeld, waarbij een laser wordt gebruikt om waterstofbrandstof te verwarmen.

Het is gerichte energievoortstuwing, waarbij grote lasers worden gebruikt die vanaf de aarde worden afgevuurd om stroom te leveren aan de fotovoltaïsche arrays op een ruimtevaartuig, die elektriciteit en dus voortstuwing opwekken.

Het ruimtevaartuig accelereert zeer snel terwijl het in de buurt van de aarde is, racet vervolgens naar Mars voor de volgende maand, lanceert het hoofdvaartuig om op de Rode Planeet te landen en brengt de rest van het vaartuig terug naar de aarde voor recycling voor de volgende lancering.

Het bereiken van Mars in slechts zes weken was iets dat voorheen alleen mogelijk werd geacht met splijtingsaangedreven raketten, die een verhoogd radiologisch risico vormen.

NASA verwacht dat het ongeveer 500 dagen zal duren voordat mensen de Rode Planeet bereiken, maar Canadese ingenieurs zeggen dat een op laser gebaseerd systeem die reis zou kunnen verkorten tot slechts 45 dagen. artiest impressie

Praten met universum vandaagHet team achter de studie zei dat dit systeem snel transport binnen het zonnestelsel mogelijk zou maken.

Gerichte energievoortstuwing is geen nieuw idee – het haalde onlangs de krantenkoppen met Breakthrough Starshot, een project dat lasers wil gebruiken om kleine lichtzeilsondes naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, Proxima Centauri, te sturen met relativistische snelheden.

Het systeem gebruikt lasers om een ​​ruimtevaartuig de verre ruimte in te stuwen, met relatieve snelheden — een fractie van de lichtsnelheid — en hoe krachtiger de laser, hoe sneller het ruimtevaartuig.

Sommige onderzoeken voorspellen dat het in slechts drie dagen een satelliet van 200 pond naar Mars zou kunnen sturen, en een groter ruimtevaartuig zou ongeveer één tot zes weken nodig hebben.

De concepten vereisen een laserarray met een gigawattcapaciteit op aarde, die in de ruimte kan worden gelanceerd en gericht op een lichtzeil dat aan een ruimtevaartuig is bevestigd om het tot hoge snelheden te versnellen – met een fractie van de snelheid van het licht.

Emmanuel Doblay, een McGill-alumnus en een masterstudent lucht- en ruimtevaarttechniek aan de TU Delft, heeft een paper gepubliceerd waarin wordt gesuggereerd dat dit kan worden toegepast op een reis naar Mars.

Gerichte energievoortstuwing is geen nieuw idee – het haalde onlangs de krantenkoppen met Breakthrough Starshot, een project dat lasers wil gebruiken om kleine lichtzeilsondes naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, Proxima Centauri, te sturen met relativistische snelheden.

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie is van plan om halverwege de jaren dertig een bemanning naar de Rode Planeet te sturen, rond dezelfde tijd dat China ook van plan is mensen op Mars te laten landen. artiest impressie

Hij vertelde Universe Today: “De ultieme toepassing van gerichte energievoortstuwing zou zijn om een ​​lichtzeil de sterren in te stuwen voor echte interstellaire reizen, een mogelijkheid die ons team motiveerde dat deze studie uitvoerde.

We waren geïnteresseerd in hoe dezelfde lasertechnologie kan worden gebruikt voor snelle transmissie in het zonnestelsel, waarvan we hopen dat dit op korte termijn een startpunt zal zijn dat deze technologie kan demonstreren.

Voor het virtuele ruimtevaartuig van het team moet ergens op aarde een laserarray van 100 meter diameter en 100 megawatt worden gebouwd.

Dit zou, gezien de huidige trend in de ontwikkeling van optische lasertechnologie, voldoende zijn om een ​​ruimtevaartuig op weg naar Mars van stroom te voorzien.

Het werkt door een laser in een waterstofverwarmingskamer te focussen via een opblaasbare reflector – de waterstofstraalmotor wordt via een mondstuk uitgeput om hem naar voren te duwen.

“Onze aanpak zal een intensere laserstroom op het ruimtevaartuig gebruiken om het drijfgas direct te verwarmen, vergelijkbaar met een gigantische stoomketel”, zei Dobelli.

“Hierdoor kan het ruimtevaartuig snel accelereren terwijl het zich nog steeds dicht bij de aarde bevindt, zodat de laser niet ver in de ruimte hoeft te worden gericht.”

“Ons Grester-achtige ruimtevaartuig accelereert heel snel terwijl het nog steeds dicht bij de aarde is, en deze methode zou kunnen helpen om het terug te brengen van Mars, waar er geen grote laserarray klaar zou zijn om op weg te worden gestuurd”, legt Doblay uit.

“We denken dat we zelfs dezelfde laseraangedreven raketmotor kunnen gebruiken om de booster terug in de baan van de aarde te brengen, nadat hij de hoofdrover naar Mars heeft gegooid, zodat hij snel kan worden gerecycled voor de volgende lancering”, vertelde hij aan Universe Today.

De opblaasbare reflector is de sleutel tot een goede werking van de technologie, aangezien deze zal worden ontworpen om sterk reflecterend te zijn, zodat hij meer laservermogen per oppervlakte-eenheid kan behouden dan het fotovoltaïsche paneel.

Dat maakt de taak mogelijk met een relatief bescheiden laserarray – 32 voet in diameter – op de grond.

Door de tijd in de ruimte te verkorten, krijgen astronauten te maken met lagere stralingsniveaus, wat de reis naar Mars en terug veiliger zou kunnen maken.

Alle nieuwe items zijn nodig om het ruimtevaartuig binnen zes weken Mars te laten bereiken – veel minder dan de negen maanden die NASA heeft voorspeld.

“Arrays van glasvezellasers die fungeren als een enkel optisch element, opblaasbare ruimtestructuren kunnen worden gebruikt om de laserstraal te focussen wanneer deze het ruimtevaartuig in de verwarmingskamer bereikt,” zei Dobelli.

Ook “ontwikkelen we materialen voor hoge temperaturen waarmee het ruimtevaartuig bij aankomst tegen de atmosfeer van Mars kan breken.”

Het vermogen om de sfeer te doorbreken is de truc die een comeback mogelijk maakt.

Het probleem is dat veel van deze technologieën nog in de kinderschoenen staan ​​en niet in de echte wereld zijn getest, wat vragen oproept over hun haalbaarheid tegen 2035.

“De laserverwarmingskamer is waarschijnlijk de grootste uitdaging”, vertelde Doblay aan Universe Today, sceptisch dat waterstofgas zou kunnen worden ingesloten.

READ  Wetenschappers ontdekken een acroniem dat helpt bij het ontwerpen van twisted fusion-faciliteiten

Ingenieurs van de McGill University in Montreal, Canada, zeggen dat ze een thermisch laservoortstuwingssysteem hebben ontwikkeld, waarbij een laser wordt gebruikt om waterstofbrandstof te verwarmen. artiest impressie

Hij vraagt ​​of het kan worden ingesloten omdat het “door de laserstraal wordt verwarmd tot temperaturen boven 10.000 K en tegelijkertijd de muren van de kamer koel houdt?”

Volgens onze modellen is dit mogelijk, maar grootschalige pilottests zijn momenteel niet mogelijk omdat we de benodigde 100 MW-lasers nog niet hebben gebouwd.

Professor Andrew Higgins van McGill, die toezicht hield op het werk van Doplay, zei: “In staat zijn om via lasers energie diep in de ruimte te leveren, zou een ontwrichtende technologie zijn voor stuwkracht en kracht.

Onze studie onderzocht de thermische benadering van lasers, wat bemoedigend klinkt, maar de lasertechnologie zelf is een echte game-changer.

De resultaten zijn gepubliceerd in prepress op arXiv.

NASA is van plan om in de jaren 2030 een bemande missie naar Mars te sturen na de eerste landing op de maan

Mars is de volgende grote sprong voorwaarts geworden voor de verkenning van de ruimte door de mens.

Maar voordat mensen de Rode Planeet bereiken, zullen astronauten een reeks kleine stappen terug naar de maan doen tijdens een missie van een jaar.

Belangrijke details in een baan om de maan werden onthuld als onderdeel van de tijdlijn van gebeurtenissen die in de jaren dertig leidden tot missies naar Mars.

NASA schetste zijn vierfasenplan (foto) waarvan het hoopt dat het ooit mensen in staat zal stellen Mars te bezoeken tijdens de Humans to Mars Summit die gisteren in Washington, DC werd gehouden. Dit zal de komende decennia meerdere missies naar de maan met zich meebrengen

In mei 2017 schetste Greg Williams, adjunct-assistent-directeur voor beleid en planning van NASA, het vierfasenplan van het ruimteagentschap waarvan het hoopt dat het op een dag mensen in staat zal stellen Mars te bezoeken, evenals het verwachte tijdschema ervoor.

De eerste en tweede fase Het zal meerdere vluchten naar de maanruimte omvatten, om de bouw van een habitat mogelijk te maken die een verzamelplaats voor de vlucht zal bieden.

Het laatste stuk hardware dat wordt geleverd, is de daadwerkelijke Deep Space Transport-rover die later zal worden gebruikt om een ​​bemanning naar Mars te vervoeren.

In 2027 wordt gedurende een jaar een simulatie van het leven op Mars uitgevoerd.

De derde en vierde fase beginnen na 2030 en omvatten continue bemande verkenningsvluchten naar het Mars-systeem en het oppervlak van Mars.