作者:Phys的大卫·阿佩尔
（同organic）有机 在地球轨道上等待离开的激光热推进航天器
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0国际许可证 激光能把宇宙飞船送到火星吗？这是麦吉尔大学一个小组提出的任务，旨在满足美国宇航局的请求
该激光器是地球上一个10米宽的阵列，将加热航天器后面的一个腔室中的氢等离子体，从氢气中产生推力，并在短短45天内将其发送到火星
在那里，它将在火星的大气中进行空气制动，为人类殖民者甚至人类自己运送补给
2018年，美国国家航空航天局要求工程师们设计一项火星任务，在不超过45天的时间内，将至少1000公斤的有效载荷运送到火星，并进行更长时间的深入和离开太阳系的旅行
交付时间短的原因是希望运送货物，并有一天将宇航员运送到火星，同时尽量减少他们受到银河宇宙射线和太阳风暴的破坏性影响
埃隆·马斯克(Elon Musk)的SpaceX设想，人类的火星之旅将需要6个月的时间，搭载化学火箭
麦克吉尔的概念被称为激光热推进，它依赖于一个基于地球的红外激光器阵列，直径为10米，组合了许多不可见的红外光束，每个光束的波长约为1微米，强大的总功率为100兆瓦——约80，000 U所需的电力
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有效载荷在一个椭圆形的中等地球轨道上运行，它将有一个反射器，将来自地球的激光束导入一个含有氢等离子体的加热室
当其核心被加热到40，000开尔文(72，000华氏度)时，围绕核心流动的氢气将达到10，000 K (18，000华氏度)，并从喷嘴中排出，产生推力，在58分钟的时间间隔内推动船只离开地球
(当地球旋转时，侧推进器将保持飞船与激光束对准
) 当光束停止时，有效载荷以相对于地球几乎每秒17公里的速度快速离开——快得足以在仅仅8小时内越过月球的轨道距离
当它在一个半月后到达火星大气层时，仍将以16公里/秒的速度行进；然而，一旦到达那里，将有效载荷放置在绕火星150公里的轨道上对工程团队来说是一个难以解决的问题
这很困难，因为有效载荷不能携带化学推进剂来发射火箭来减缓自身速度——所需的燃料会将有效载荷的质量减少到原来1000公斤的6%以下
在这颗红色星球上的人类能够为来袭的飞行器建造一个等效的激光阵列，利用其反射器和等离子体室提供反向推力之前，航空捕获是减缓火星有效载荷的唯一方法
即使在那时，火星大气中的空气捕获或空气制动也可能是一个冒险的操作，航天器会经历高达8 g的减速(其中g是地球表面重力引起的加速度，9
8米/秒2)，大约是人类的极限，只有几分钟，因为它是在绕火星一周内拍摄的
由于大气摩擦，飞行器上的大量热通量将超过传统的热保护系统材料，但不是那些正在积极开发的材料
将航天器激光热推进到深空——火星和更远的地方——与以前提出的其他运输方法形成对比，例如激光电力推进，其中激光束将撞击有效载荷后面的光伏电池；太阳能电力推进，光伏电池上的阳光产生推进推力；核电力推进，其中核反应堆产生电力，产生由推进器推动的离子；和核热推进，其中核反应堆的热量将液体转化为气体，从喷嘴喷出产生推力
该研究的主要作者埃马纽埃尔·杜普拉说:“激光热推进利用排球场大小的激光阵列实现了1吨重的快速运输任务——这是激光电力推进只能在千米级阵列上实现的，”他在麦吉尔大学夏季工程本科研究项目中工作了两年多
杜普利现在在代尔夫特理工大学的航空航天工程硕士项目中专攻航天飞行
杜普拉等人提出的激光热推进任务概念的一大优点
质量功率比极低，在0
001–0
010千克/千瓦——“无与伦比，”他们写道，“甚至远低于那些被引用的先进核推进技术，因为事实上，电源仍然留在地球上，输送的通量可以由低质量的充气反射器处理。”
" 激光热推进最早是在20世纪70年代用10
当时最强大的6微米二氧化碳激光器
如今，1微米的光纤激光器可以组合成大规模并行的相控阵，有效直径很大，这意味着功率传输的焦距要高两个数量级——在杜普拉的激光热推进概念中是50，000公里
杜普利解释说，加州大学圣巴巴拉分校的物理学家菲利普·鲁宾领导的一个小组正在开发相控阵激光器的架构
鲁宾小组的阵列使用每个约100瓦的单个激光放大器——每个放大器是一个简单的光纤环路和一个作为pu mp的发光二极管灯，可以廉价地大规模生产——因此这里设想的火星任务需要大约100万个单个放大器
第一批到达火星的人类可能不会使用激光热推进技术到达那里
“然而，随着越来越多的人类前往维持一个长期的殖民地，我们将需要推进系统，让我们更快地到达那里——如果只是为了避免辐射危害的话，”杜普拉说
他推测，火星激光热探测任务可能会在人类首次探测任务10年后发射，因此可能在2040年左右
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