Ученые предложили революционный способ быстро долететь до Марса

Канадские ученые предложили проект нового лазерно-теплового двигателя, который сократит время путешествия космического корабля на Марс до 45 дней по сравнению с 6 месяцами полета для кораблей с химическими двигателями.

Детали: Ученые Университета Макгилла в Канаде предложили установить в заднюю часть межпланетного космического корабля массив лазеров, который будет нагревать водородную плазму и создавать тягу из выбросов газообразного водорода. По их расчетам, фазированная решетка инфракрасных лазеров с общим диаметром десять метров и мощностью 100 мегаватт может подавать направленный луч на космический корабль, находящийся в окололунном пространстве.

Луч будет фокусироваться в камере нагрева c помощью надувного отражателя, который находится на эллиптической околоземной орбите. Нагретое до 10 тысяч кельвинов водородное топливо выбрасывается через сопло, что позволит кораблю достичь удельного импульса в 3000 секунд — столько времени проработает двигатель на 1 кг топлива, создавая тягу в 1 ньютон (для сравнения удельный импульс жидкостных ракетных двигателей достигает всего около 470 с).

Ожидается, что разогнанная лазером полезная нагрузка массой в 1 т будет лететь сверхбыстро, со скоростью 17 км/с относительно Земли. Таким образом долететь до Марса будет возможно за 45 дней, тогда как сейчас такое путешествие занимает около 6 месяцев.

Но так как эта скорость сохранится при достижении Марса, торможение и выход на орбиту вокруг Красной планеты будет представлять сложную инженерную задачу. Если для торможения ракеты использовать химическое топливо на ее борту, то это уменьшит массу полезной нагрузки до менее чем 6% от первоначальной тонны. Поэтому динамическое торможение в атмосфере Марса будет единственным способом замедлить полет полезной нагрузки, пока на планете не будет построена вторая лазерная решетка.

Такое торможение будет рискованным маневром, в результате которого полезная нагрузка может быть потеряна из-за предельных нагрузок и трения об атмосферу. Однако авторы проекта отмечают, что сейчас разрабатываются новые теплозащитные материалы, которые могут выдержать экстремальный нагрев.

Одним из преимуществ лазерно-тепловой установки называется не только высокий удельный импульс, но и низкое отношение массы к мощности (0,001-0,010 килограмма на киловатт), что намного ниже, чем у ядерных двигателей, благодаря тому, что источник энергии остается на Земле. Большое фокусное расстояние для передачи энергии в 50 тыс. км обеспечивается волоконно-оптическими лазерами микронного размера с усилителями мощностью 100 Вт каждый.

Усилители представляют собой петлю из оптоволокна и светодиода и могут производится в массовом порядке, а для марсианской миссии их потребуется порядка одного миллиона.