ЛАЗЕРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

ronatu

Сообщения: 15,846

29.12.2008 03:57:21

Первые упоминания о том, что с помощью расположенного на Земле лазера можно летать в космос, причем делать это с гораздо большим кпд, нежели при сгорании топлива, появились в начале семидесятых годов прошлого века. Так, доктор Артур Канторович из американской компании "AVCO-Everett Labs" в 1972 году предложил использовать для космического полета эффект лазерной абляции, то есть испарения материала в мощном луче лазера. Спустя год В.П.Коробейников из Математического института АН СССР решил задачу о движении тела под действием внешнего источника энергии, чему, впрочем, предшествовали работы Г.А.Аскарьяна из ФИАНа — именно он определил давление, которое возникает при испарении вещества в мощном потоке излучения. Развивая эти работы, один из создателей лазера академик А.М.Прохоров вместе с В.Ф.Бункиным в 1976 году предложили теорию формирования тяги в лазерном движителе. Согласно их идеям, если облучать газ мощным лучом импульсного лазера, сфокусированным линзой, то возникают локальные взрывы, которые порождают ударные волны. Они-то и служат источником реактивного импульса. Теория Прохорова стала основой для расчета элементов конструкции двигателей, которые работают в атмосфере. А работы американца Энтони Пирри помогли рассчитать двигатель для полетов в вакууме. В 1997 году расчеты наконец- то воплотились в металл: профессор Лейк Мирабо провел первые успешные запуски аппарата с лазерным реактивным двигателем на полигоне Уайт-Сэнд в штате Нью-Мексико.

В 2002 году профессор отделения механики Токийского института технологии Такаси Хабэ и Клод Фипс, президент компании "Photonics Associates" из Санта-Фе, предложили концепцию использования стационарных лазеров для путешествий в околоземном и окололунном (!) пространствах. Согласно их плану, лазерные станции, размещенные на Земле, на Луне и на околоземных орбитах, сделают три важных дела. Во-первых, обеспечат экологически чистый запуск спутников, то есть такой, при котором сгорает немного кислорода, во-вторых, позволят легко корректировать орбиты искусственных спутников, а в-третьих, дадут возможность космическим кораблям путешествовать по маршруту Земля–Луна и обратно без значительных затрат топлива.

В общем, расстояние тут не имеет особого значения — свет в космосе распространяется без всякого поглощения, разве что увеличивается диаметр луча. В этом случае просто понадобится еще одно зеркало, перехватывающее весь луч и фокусирующее его в двигатель.

Поскольку источником энергии для лазеров, размещенных в космосе, будет служить свет Солнца, преобразуемый в электричество с помощью солнечных батарей, такая транспортная система, будучи однажды построенной, сможет устойчиво работать неограниченно долгое время, а ее содержание обойдется совсем недорого. Правда, первичные затраты довольно велики, но не чрезмерны, а вполне сопоставимы со стоимостью подготовки марсианской экспедиции на ракете с ядерным двигателем. Кстати, похожую концепцию межпланетных перелетов, только с использованием потоков плазмы и плазменных парусов, точнее, пузырей, предлагает Роберт Уингли из университета штата Вашингтон (см. "Химию и жизнь", 2004, №12) Что же касается конкретных разработок лазерных движителей, то они
начались уже в XXI веке. В нашей стране — например, в МГТУ им.
Н.Э.Баумана или в Сосновом Бору.
.............
Всего предложено три типа лазерных движителей. В первом из них за счет чрезвычайно высокой концентрации электромагнитного поля в мощном луче лазера происходит оптический пробой воздуха, своеобразная рукотворная молния. В канале образуется плазма, возникают ударные волны, которые, как сказано выше, и обеспечивают движение, отталкиваясь от стенок сопла. Этот подход дает не самый большой импульс реактивной отдачи, а вот удельный импульс тяги оказывается вполне высоким, тысячи секунд. (С помощью этих параметров сравнивают эффективность двигателей и ракетных топлив. Первый ввели специально для лазерных двигателей, он представляет собой величину тяги, отнесенную к мощности лазера, и измеряется в ньютонах на ватт. Второе же понятие соответствует тому импульсу, который дает килограмм топлива, сгорающий за одну секунду. А измеряется этот параметр в секундах. У хороших ракетных топлив величина удельного импульса тяги составляет 300–500 с.) Большой удельный импульс отдачи нужен космическому кораблю для того, чтобы оторваться от поверхности Земли, а большой удельный импульс тяги — чтобы легко маневрировать в космосе, расходуя при этом как можно меньше топлива.

Самый мощный, в десятки тысяч секунд, импульс тяги лазерного движителя получается за счет сильного испарения — абляции материала зеркала. Но отдача при этом оказывается совсем маленькой, в десять раз меньше, чем нужно для отрыва от Земли. Ее удается повысить в сто раз, если испаряется многослойный материал со специально организованной внутренней структурой, но при этом импульс тяги падает в тысячу раз.

Как оказалось, оптимальное сочетание получается, если испарившееся вещество вступает в химическую реакцию, например, с воздухом и его частицы приобретают дополнительную скорость. У такого двигателя импульс тяги измеряется сотнями секунд, а реактивная отдача достаточно велика, чтобы вывести корабль за пределы атмосферы. Поскольку кислорода там нет, гореть материал не сможет, и корабль для маневрирования на орбите будет использовать второй принцип — абляции материала. Конечно, можно загрузить на него окислитель, и тогда удастся и в космосе получить хорошую реактивную тягу, но при этом вес корабля увеличится, и он уже не будет напоминать космическую яхту. Именно идею испарения и сгорания вещества при реакции с кислородом атмосферы выбрали ученые из Соснового Бора, создавая прототип лазерного движителя.

http://www.inauka.ru/space/article63399.html

Когда жизнь экзаменует - первыми сдают нервы.

Кенгуру

Сообщения: 3,667