La NASA y China planean enviar naves espaciales tripuladas a Marte durante la próxima década.Esto representa un gran salto adelante en la exploración espacial, pero al mismo tiempo presenta importantes desafíos logísticos y técnicos.En primer lugar, la misión solo puede lanzarse a Marte cada 26 meses cuando los dos planetas estén en su punto más cercano en órbita entre sí (“lo contrario“).Con la tecnología actual, lleva de seis a nueve meses viajar de la Tierra a Marte.
Incluso con propulsión nuclear-térmica o nuclear-eléctrica (NTP/NEP), podría llevar 100 días llegar a Marte.Sin embargo, un equipo de investigadores de MontrealUniversidad McGillSe evaluó el potencial de los sistemas de propulsión térmica por láser.De acuerdo asu estudio, una nave espacial que se basa en un nuevo sistema de propulsión que utiliza láseres para calentar combustible de hidrógeno podría reducir el tiempo de tránsito a Marte en solo 45 días.
investigación dirigida poremmanuel duplay, Graduado de McGill y actual estudiante de Maestría en Ingeniería AeroespacialUniversidad Técnica de Delft.Ingresó como profesor asociado.andres higginsy varios investigadoresDepartamento de Ingeniería Mecánicaen la Universidad McGill.Su estudio titulado “Diseño de una misión de viaje rápido a Marte utilizando propulsión térmica láser”, se envió recientemente al Journal of Astronomy.
En los últimos años, la promoción de la energía direccional (DE) ha sido objeto de considerable investigación y atención.Ejemplos incluyen:programa de luz de las estrellas– También conocido como programas de Propulsión de energía inducida para exploración interestelar (DEEP-IN) e Investigación interestelar de energía inducida (DEIS) – DesarrolloProfesor Felipe RubínYGrupo de Cosmología Experimental de la UCSB (ECG).Como parte de la investigación financiada por la NASA lanzada en 2009, estos programas tienen como objetivo aplicar aplicaciones de DE a gran escala para misiones interestelares.
también haytiro estrella innovadorYproyecto libélula, ambas cosasestudio de diseñoanfitriónIniciativa para la Investigación Interestelar(i4iS) 2013. Estos conceptos incluyen conjuntos de láser alimentados por gigavatios para acelerar las velas de luz y la aceleración de pequeñas naves espaciales como parte de la velocidad de la luz (también conocida como velocidad relativista) para llegar a los sistemas estelares cercanos en décadas en lugar de cientos de años. . milenio.
Sin embargo, mientras estos conceptos se centraban en el concepto interestelar, Duplay y sus colegas exploraron las posibilidades del concepto interplanetario.Duplay le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“La última aplicación de la propulsión de energía dirigida es impulsar velas ligeras hacia las estrellas para un verdadero viaje interestelar, y esta posibilidad motivó a nuestro equipo a realizar este estudio.Estábamos interesados en cómo se podría usar la misma tecnología láser para el movimiento rápido del sistema solar, y esperamos que esto sea un trampolín para demostrar esta tecnología en un futuro cercano”.
Además de la propulsión de velas láser, DE se está explorando en varias otras aplicaciones de exploración espacial.Éstos incluyen:haz de energíaNaves espaciales y hábitats permanentemente sombreados (p.Programa Artemisa), Comunicación,defensa de asteroidesy buscarposibles firmas técnicas.También se está estudiando el concepto de una nave espacial láser-eléctrica.tornilloy como parte de un estudio conjuntoUCSB ECG y MIT.
En esta aplicación, se utiliza un láser para suministrar energía al conjunto fotovoltaico de la nave espacial, que se convierte en electricidad para alimentar el propulsor de efecto Hall (motor de iones).Esta idea es similar a esto:propulsión nuclear(NEP) utilizan conjuntos de láser para reemplazar los reactores nucleares.Como explica Duplay, sus conceptos están relacionados pero son diferentes.
“Nuestro enfoque complementa este concepto en el sentido de que utiliza el mismo concepto de láser de matriz en fase, pero utilizará un flujo láser mucho más intenso de la nave espacial para calentar directamente el propulsor, similar a una caldera de vapor gigante.Esto permite que la nave espacial acelere rápidamente mientras aún está cerca de la Tierra, por lo que el láser no tiene que enfocarse mucho en el espacio.
“Nuestra nave espacial es como un dragster que acelera muy rápidamente cerca de la Tierra.Creemos que podemos usar el mismo motor de cohete impulsado por láser para lanzar un propulsor a Marte y luego devolver el propulsor a la órbita terrestre. Por lo tanto, se puede reciclar rápidamente para el próximo lanzamiento”.
En este sentido, el concepto propuesto por Duplay y sus colegas es análogo a un sistema de propulsión térmica nuclear (NTP) que reemplaza un reactor nuclear con un láser.Además de los propulsores de hidrógeno y DE, la arquitectura de la misión de la nave espacial impulsada por láser incluye varias tecnologías de otras arquitecturas.Según lo declarado por Duplay, esto incluye:
Una serie de láseres de fibra que actúan como un solo elemento óptico, una estructura espacial expandible que se puede usar para enfocar un rayo láser en una cámara de calentamiento cuando llega a una nave espacial, y puede destruir la atmósfera marciana cuando llega la nave espacial”.
Este último factor es esencial dado que no hay una matriz de láser en Marte para reducir la velocidad de la nave espacial cuando llega a Marte.“Los reflectores inflables están en el corazón de otras arquitecturas de energía direccional. Su diseño altamente reflectante le permite mantener una mayor potencia láser por unidad de área que los paneles solares, lo que hace que esta misión sea factible con un tamaño modesto de matriz láser en comparación con la electricidad láser. El impulso”, agregó Duplay.
Al combinar estos factores, un cohete láser-térmico podría permitir un viaje muy rápido a Marte en solo seis semanas.El beneficio más inmediato es que presenta una solución a los riesgos del tránsito en el espacio profundo, como la exposición prolongada a la radiación y la microgravedad.
Al mismo tiempo, Duplay dice que hay algunos obstáculos para la misión, ya que muchas de las tecnologías involucradas son de vanguardia y aún no se han probado.
“La cámara de calentamiento del láser es probablemente el tema más importante. ¿Puede contener gas hidrógeno como propulsor mientras se calienta con un rayo láser a temperaturas superiores a 10,000 K mientras se mantienen frías las paredes de la cámara?Nuestro modelo dice que esto es posible, pero las pruebas experimentales a gran escala actualmente no son posibles porque aún no hemos construido el láser de 100 MW requerido”.
Muchas de las descripciones de esta arquitectura de misión propuesta y otras propuestas similares aún se encuentran en la etapa teórica y de desarrollo, pero no hay dudas sobre su potencial.Reducir el tiempo que lleva llegar a Marte a semanas en lugar de meses podría resolver dos de los mayores desafíos en las misiones a Marte: la logística y la salud.
Además, la construcción de un sistema de transporte de alta velocidad entre la Tierra y Marte acelerará la construcción de infraestructura entre la Tierra y Marte.Esto podría incluir estaciones espaciales como puertas de enlace en la órbita de Marte, como el campamento base de Marte propuesto por Lockheed Martin, y conjuntos de láser para reducir la velocidad de las naves espaciales entrantes.La existencia de estas instalaciones también acelerará los planes para crear seres humanos permanentes en la Tierra.El profesor Higgins concluyó:
“El estudio de diseño de Marte en 45 días dirigido por Emmanuel motivó al grupo de Philip Lubin a explorar otras aplicaciones a corto plazo de la tecnología láser de matriz en fase que se estaba desarrollando.La capacidad de enviar energía al espacio profundo a través de láseres será una tecnología disruptiva para la propulsión y la potencia.En nuestro estudio, aunque parece inspirador, estamos viendo cómo la tecnología láser en sí misma es realmente revolucionaria”.
Otras lecturas:arXiv