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揭开光子推进器的神秘面纱步入现实应用不再是梦!

2007-09-17 09:43
木中君
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工程师们从大约35年前就开始设想光子推进器了,在9月18日于加州Long Beach举行的美国航空和太空学会2007年度空间技术研讨会上,工程师将描述一种基于激光的推进器构成的实验性航天器推进系统。

NASA今年年初投资对光子激光推进系统(PLP)进行了成功的测试。这次展示将由位于加州Tustin的Bae学院及其创始人Young Bae指挥,他是前SRI国际、Brookhaven国家实验室以及美国空军研究实验室的科学家。

Bae声称已经消除了把光子推进器用于航天器推进的最后障碍。伴随其它设计的问题一直就是推力非常小以及难以用激光对准推进方向的问题。Bae表示,通过把光学空穴集成到一种限制定向光子的激光之中,可以解决这些问题,因而把它们的光线压力放大了1000倍,与此同时,利用位于空间中心的激光方便地对准推进方向。

从光子推进器顶部和底部出现的激光光线在把太空船推向前进的过程中保持方向的固定。

“我们的光子激光推进方法的基础在于:在两个空间平台中,在由两块分开放置的高反射系数的镜面之间形成有源谐振光学空穴,”Bae表示,“突破就是在PLP中的激光增益媒介位于光学空穴之中,相比之下,以前的失败在于企图设计一种无源的谐振空穴,其中,激光增益媒介位于光学空穴的外部。”

最初,PLP设计工程师设想采用大型地面激光来产生足够的强度并为反推提供一种支撑,随后,转向采用在空间中的无源光学空穴。不幸的是,这些设计没有一个能够展示足够的推力。相比之下,Bae的有源光学空穴利用可在空间工作的小型、廉价的激光,证明能够提供几个mN(毫牛顿)的动力,因此,它们不会受到切割地球大气层所造成的失真。胜于利用地球作为支撑物,这种基于太空的激光平台会发射光束来推进太空船,与此同时,利用在相反方向的平衡光束来保持中央的激光固定不动,或利用附着于激光平台的传统推进器。

对于在地球轨道上的使用,Bae声称太空中的卫星再也不需要为它们自己的反推进火箭设计一种电源,而是可以利用位于中央的激光平台以其激光束提供时常同步的轻推操作,以保持卫星在轨道上的位置。对于深空任务,由光线压力产生的微弱推力会随着时间的推移而加大。因为当利用光子动力时不存在燃料耗尽的问题,太空船仅仅需要镜面把激光反射下来—一旦要关闭激光的话,它能够根据需要尽可能地继续保持工作,以持续地加速太空船,使之达到理论的速度极限—光速。

Bae表示,采用传统的火箭从地球到火星需要6个月,相比之下,采用该技术加大推力来为太空船加速,抵达火星只需要几周时间。

“对于数量级为mN的小推力应用,如精密的太空船编队,从我们的演示原型机所获得的推力是足够的,”Bae说,“对于数量级为N的中等推力应用,如太空船变轨和精密的入坞,我们计划加大我们现有PLP引擎的推力,我们相信在几年内能够实现。而对于数量级为kN的更大推力应用,我们计划研究新的基础技术,如空间核动力激光系统。”

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