تقنية الدفع البصري

منذ أكثر من 20 عاما ، بدأت الولايات المتحدة في تطوير نظام دفاع صاروخي يحمل الاسم الرمزي "حرب النجوم". تم تصميم النظام لتتبع الصواريخ التي تطلقها الدول الأخرى واستخدام أشعة الليزر لإسقاطها. على الرغم من تصميم هذا النظام للحرب ، إلا أن الباحثين وجدوا أن هذه الليزرات عالية الطاقة لها استخدامات أخرى كثيرة. في الواقع ، سيتم استخدام الليزر ليوم واحد لدفع المركبة الفضائية إلى المدار والكواكب الأخرى.

يستخدم البشر حاليًا مكوكات فضائية للسفر إلى الفضاء. يجب إطلاق المكوكات الفضائية ورفعها. بالإضافة إلى تركيب أطنان من الوقود ، يجب ربط اثنين من معززات الصواريخ العملاقة. تسمح أجهزة الليزر للمهندسين بتطوير مركبات فضائية خفيفة الوزن لا تتطلب طاقة. يمكن للقارب الخفيف أن يعمل كمحرك ، والوقود خفيف - وهو أكثر أنواع الطاقة وفرة في الكون.

المبدأ الأساسي للمروحة الخفيفة هو استخدام ليزر أرضي لتسخين الهواء ، وتفجيره ودفع المركبة الفضائية. إذا نجحت ، فإن المروحة الضوئية ليست فقط آلاف المرات أخف من المحرك الصاروخي الكيميائي ، ولكن أيضا أكثر فعالية بآلاف المرات. لن يسبب أي تلوث. في هذه المقالة من HowStuffWorks ، سوف نفهم نسختين من نظام الدفع المتقدم هذا ، والذي سيأخذنا أحدهما من الأرض إلى القمر في غضون خمس ساعات ونصف ، بينما يأخذنا الآخر على طول "مسار الضوء". "السفر إلى النظام الشمسي.

يبدو الصاروخ الذي يعمل بالضوء وكأنه سفينة فضائية في رواية الخيال العلمي - فهو يركب شعاع ليزر إلى الفضاء. إنها تتطلب كمية قليلة من الوقود أو لا تعمل بالوقود ، وهي خالية من التلوث. يبدو هذا غير معقول لأن البشر لم يطوروا بعد أي معدات مشابهة لتلك التي يمكن استخدامها في السفر الأرضي أو الجوي العادي على الأرض. على الرغم من أنه قد يستغرق 15-30 سنة لتحقيق هذا الهدف ، فقد تم اختبار مبدأ بناء السفن المؤقتة بنجاح عدة مرات. تواصل شركة تسمى Lightcraft Technologies تحسين الأبحاث من معهد Rensselaer Polytechnic في تروي ، نيويورك.

المبدأ الأساسي للقارب الخفيف بسيط للغاية - تستخدم الطائرة على شكل الجوزة مرآة لاستقبال وتركيز شعاع الليزر لتسخين الهواء وتنفجره ، وبالتالي دفع الطائرة. المكونات الأساسية لنظام الدفع الثوري مدرجة أدناه:

ليزر ليزر ثاني أكسيد الكربون - تستخدم تقنية Lightcraft نظام اختبار الأضرار بالليزر النبضي (PLVTS) ، وهو منتج من برنامج الدفاع عن حرب النجوم. تستخدم سفينة الاختبار الاختبارية حالياً نبضة ليزر 10 كيلو وات ، والتي تعد أيضاً واحدة من أكبر أجهزة الليزر في العالم.

مرآة مكافئة - الجزء السفلي من المركبة الفضائية عبارة عن مرآة تركز شعاع الليزر على مدخل المحرك أو على متن الدافع. وهناك أيضا مرآة تشبه التلسكوب تعمل كمرسل أرضي ثانوي لتوجيه شعاع الليزر إلى القارب الخفيف.

غرفة الامتصاص - يتم إدخال هواء السحب إلى غرفة الامتصاص ويتم تسخينه وتوسيعه بواسطة شعاع الليزر لدفع القارب الخفيف.

على متن الهيدروجين - عندما يكون الغلاف الجوي رقيقا جدا بحيث لا يوفر ما يكفي من الهواء ، هناك حاجة إلى كمية صغيرة من وقود الهيدروجين لتوفير قوة الدفع الصاروخية.

قبل إطلاق المركب العائم ، يتم حقن تيار من الهواء المضغوط ، مما يؤدي إلى تدويره عند حوالي 10 آلاف دورة في الدقيقة (rpm). هذا التناوب ضروري للطائرات استقرت gyro. خذ كرة القدم الأمريكية كمثال: من أجل تمرير الكرة بشكل أكثر دقة ، فإن اللاعب الوسطي سوف يدور عند لعب كرة القدم. تطبيق الدوران على هذه الطائرة الخفيفة جدا يسمح لها بالمرور عبر الهواء بشكل أكثر ثباتا.

وبمجرد أن يدور القارب الخفيف بسرعة مثالية ، سيعمل الليزر على دفع القارب الخفيف إلى الهواء. إن تردد نبض إنبعاث الليزر 10 كيلو واط هو 25-28 مرة / ثانية. من خلال إصدار البقول ، سيستمر الليزر في دفع الطائرة لأعلى. يتم تركيز الشعاع بواسطة مرآة مكافئة على الجزء السفلي من الطائرة ويسخن الهواء إلى 9982-29982 درجة مئوية ، وهو أعلى بعدة مرات من سطح الشمس. سوف يتحول الهواء إلى حالة البلازما في درجات حرارة عالية ، ومن ثم سوف تنفجر البلازما وتدفعها نحو الأعلى في الطائرة.

وقد رعت FINDS Technologies من قبل FINDS (تم تمويل رحلة مبكرة من قبل وكالة ناسا والقوات الجوية الأمريكية) وأجرت العديد من الاختبارات على نموذج أولي صغير في موقع اختبار الرمال البيضاء في نيو مكسيكو. وفي تشرين الأول / أكتوبر 2000 ، وصل قارب صغير يبلغ قطره 12.2 سنتيمترا ووزنه 50 غراما فقط إلى ارتفاع 71 مترا. وتأمل "لايت كرافت تكنولوجيز" أن ترسل النموذج الأولي للقوارب الخفيفة إلى أكثر من 150 مترا في عام 2001. وهناك حاجة إلى ميغا واط واحد من الليزر لإرسال كيلوغرام واحد من الأقمار الصناعية إلى مدار أرضي منخفض. على الرغم من أن الموديل مصنوع من ألومنيوم الطائرات ، فإن القارب النهائي القياسي قد يكون مصنوعًا من كربيد السيليكون.

كما يمكن للقارب الضوئي الليزري استخدام مرآة ، وتثبيته في قارب خفيف ، وعرض طاقة الشعاع أمام المركبة الفضائية. الحرارة المتولدة من شعاع الليزر ستشكل مسامير الهواء ، وتحول الهواء حول المركبة الفضائية ، والتي يمكن أن تقلل من المقاومة وتقليل الحرارة التي يمتصها القارب الخفيف.

في الوقت الحاضر ، هناك شخص ما يفكر في استخدام نظام دفع آخر للقوارب الخفيفة ، والذي يتضمن أجهزة ميكروويف. طاقة الميكروويف أرخص من طاقة الليزر ، ومن الأسهل للترقية إلى طاقة أعلى ، ولكنها تحتاج إلى مركبة فضائية أكبر قطرًا. تبدو السفينة الخفيفة المصممة لهذا النوع من الدافع أشبه بالصحن الطائر (في الواقع نحن نحول الخيال العلمي تدريجيا إلى واقع). يستغرق تطوير هذه التكنولوجيا وقتًا أطول من القوارب الخفيفة ذات الدفع الليزري ، ولكنها قد تستغرقنا إلى الكواكب الخارجية. كما تصور المطورون بناء آلاف من هذه القوارب الخفيفة ، مدعومة بأسطول من محطات الطاقة المدارية واستبدال الطائرات التقليدية.

كما تستخدم القوارب الخفيفة التي تعمل بالميكروويف مصادر طاقة غير المركبات الفضائية. عند استخدام نظام الدفع بالطاقة الليزرية ، تقع الطاقة على الأرض. نظام دفع الميكروويف هو عكس ذلك. وتعتمد المركبة الفضائية التي تعمل بالموجات الصغرية على طاقة المحطات الشمسية التي تدور في الفضاء لنقلها إلى أسفل. الطاقة لا تبتعد عن القارب الخفيف ، لكنها تقربها من القارب.

من أجل أن يطير القارب الخفيف بالموجات الدقيقة ، يجب على العلماء أولاً أن يضعوا محطة للطاقة الشمسية يبلغ قطرها 1 كم في المدار. يعتقد Leik Myrabo ، الذي يرأس أبحاث القوارب الخفيفة ، أن محطة توليد الطاقة هذه يمكنها توليد ما يصل إلى 20 غيغاواط من الطاقة. تمتد محطة الطاقة على مدار 500 كيلومتر فوق الأرض وترسل طاقة الميكروويف إلى قارب خفيف طوله 20 متر قادر على حمل 12 شخصًا. ويغطي الجزء العلوي من الطائرة ملايين الهوائيات الصغيرة التي تحول الموجات الدقيقة إلى تيار كهربائي. وبوجود مدارين فقط ، ستتمكن محطة توليد الطاقة من جمع 1800 جيجاغا من الطاقة وتوصيل 4.3 جيجاوات من الطاقة إلى القاعدة العائمة لمدارها.

وسيتم تجهيز القارب الخفيف بالمايكروويف بمغنايتين قويتين وثلاث محركات دفع. عندما ينطلق المركب العائم ، فإنه يستخدم الخلية الشمسية التي تغطي الجزء العلوي لتوليد الكهرباء. التيار سوف يؤين الهواء ثم يدفع الطائرة. وبمجرد خلع القارب ، يستخدم القارب خفيف الميكروويف عاكسات داخلية لتسخين الهواء المحيط والعبور عبر حاجز الصوت.

بعد ارتفاعه إلى ارتفاع معين ، يميل المموه إلى الجانب للحصول على السرعة الأسرع من الصوت. ثم تنعكس نصف طاقة الموجة الميكروية أمام القارب الخفيف ، وتسخين الهواء وتشكيل مسامير الهواء ، مما يسمح لمركبة الفضاء بالمرور عبر الهواء بمعدل 25 مرة من سرعة الصوت والانتقال إلى المدار. السرعة القصوى للطائرة حوالي 50 ضعف سرعة الصوت. يتم تحويل النصف الآخر من طاقة الميكروويف إلى التيار عن طريق هوائي استقبال الطائرة لتشغيل محركين كهرومغناطيسيين. يقوم المحركان بعد ذلك بتسريع مجرى الهواء (أي تدفق الهواء حول الطائرة). من خلال تسريع تدفق الهواء ، يمكن للطائرة مواجهة جميع الصدمات الصوتية وتسمح للوحة الضوئية أن تطير بصمت بسرعة تفوق سرعة الصوت.