Wissenschaftler entwickeln ein lasergesteuertes System, das ein Raumschiff in 45 Tagen zum Mars schicken kann
Die NASA geht davon aus, dass es etwa 500 Tage dauern wird, bis Menschen den Roten Planeten erreichen, aber kanadische Ingenieure sagen, dass ein laserbasiertes System diese Reise auf nur 45 Tage verkürzen könnte.
Die US-Weltraumbehörde plant, Mitte der 1930er Jahre eine Besatzung zum Roten Planeten zu schicken, etwa zur gleichen Zeit plant auch China, Menschen auf dem Mars zu landen.
Ingenieure der McGill University in Montreal, Kanada, sagen, sie hätten ein thermisches Laserantriebssystem entwickelt, bei dem ein Laser zum Erhitzen von Wasserstoffbrennstoff verwendet wird.
Es handelt sich um einen gerichteten Energieantrieb, bei dem große, von der Erde abgefeuerte Laser verwendet werden, um die Photovoltaik-Arrays auf einem Raumschiff mit Strom zu versorgen, die Strom und damit Antrieb erzeugen.
Das Raumschiff beschleunigt sehr schnell, während es sich in der Nähe der Erde befindet, rast dann für den folgenden Monat in Richtung Mars, startet das Hauptschiff, um auf dem Roten Planeten zu landen, und bringt den Rest des Fahrzeugs zur Erde zurück, um es für den nächsten Start zu recyceln.
Den Mars in nur sechs Wochen zu erreichen, wurde bisher nur mit spaltungsbetriebenen Raketen für möglich gehalten, die ein erhöhtes radiologisches Risiko darstellen.
Das Raumschiff beschleunigt sehr schnell, während es sich in der Nähe der Erde befindet, rast dann für den folgenden Monat in Richtung Mars, startet das Hauptschiff, um auf dem Roten Planeten zu landen, und bringt den Rest des Fahrzeugs zur Erde zurück, um es für den nächsten Start zu recyceln.
Die NASA geht davon aus, dass es etwa 500 Tage dauern wird, bis Menschen den Roten Planeten erreichen, aber kanadische Ingenieure sagen, dass ein laserbasiertes System diese Reise auf nur 45 Tage verkürzen könnte. Künstlerischer Eindruck
Im Gespräch mit Universum heuteDas Team hinter der Studie sagte, dass dieses System einen schnellen Transport innerhalb des Sonnensystems ermöglichen könnte.
Der gerichtete Energieantrieb ist keine neue Idee – er machte kürzlich Schlagzeilen mit Breakthrough Starshot, einem Projekt, das darauf abzielt, mithilfe von Lasern winzige Lichtsegel-Sonden mit relativistischer Geschwindigkeit zum nächsten Sternensystem, Proxima Centauri, zu schicken.
Das System verwendet Laser, um ein Raumschiff mit relativen Geschwindigkeiten – einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit – in den Weltraum zu treiben, und je stärker der Laser, desto schneller das Raumschiff.
Einige Forschungsergebnisse sagen voraus, dass ein 200-Pfund-Satellit in nur drei Tagen zum Mars geschickt werden könnte, und ein größeres Raumschiff würde etwa eine bis sechs Wochen benötigen.
Die Konzepte erfordern ein Laser-Array mit einer Gigawatt-Kapazität auf der Erde, das in den Weltraum geschossen und auf ein Lichtsegel gerichtet werden kann, das an einem Raumschiff befestigt ist, um es auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen – mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.
Emmanuel Doblay, ein McGill-Alumnus und Masterstudent in Luft- und Raumfahrttechnik an der TU Delft, hat ein Papier veröffentlicht, in dem vorgeschlagen wird, dies auf eine Reise zum Mars anzuwenden.
Der gerichtete Energieantrieb ist keine neue Idee – er machte kürzlich Schlagzeilen mit Breakthrough Starshot, einem Projekt, das darauf abzielt, mithilfe von Lasern winzige Lichtsegel-Sonden mit relativistischer Geschwindigkeit zum nächsten Sternensystem, Proxima Centauri, zu schicken.
Die US-Weltraumbehörde plant, Mitte der 1930er Jahre eine Besatzung zum Roten Planeten zu schicken, etwa zur gleichen Zeit plant auch China, Menschen auf dem Mars zu landen. Künstlerischer Eindruck
Er sagte gegenüber Universe Today: „Die ultimative Anwendung des gerichteten Energieantriebs wäre, ein Lichtsegel für echte interstellare Reisen in die Sterne zu treiben, eine Möglichkeit, die unser Team motivierte, das diese Studie durchführte.
Wir waren daran interessiert, wie dieselbe Lasertechnologie für die schnelle Übertragung im Sonnensystem verwendet werden könnte, was hoffentlich ein kurzfristiger Ausgangspunkt sein wird, um diese Technologie zu demonstrieren.
Für das virtuelle Raumfahrzeug des Teams muss irgendwo auf der Erde ein 100-Megawatt-Laserarray mit einem Durchmesser von 32 Fuß gebaut werden.
Angesichts des aktuellen Trends in der Entwicklung der optischen Lasertechnologie wäre dies ausreichend, um ein Raumschiff zum Mars anzutreiben.
Es funktioniert, indem ein Laser über einen aufblasbaren Reflektor in einer Wasserstoffheizkammer fokussiert wird – das Wasserstofftriebwerk wird durch eine Düse erschöpft, um es nach vorne zu schieben.
„Unser Ansatz wird einen intensiveren Laserfluss auf das Raumschiff verwenden, um das Treibmittel direkt zu erhitzen, ähnlich wie bei einem riesigen Dampfkessel“, sagte Dobelli.
„Dadurch kann das Raumschiff schnell beschleunigen, während es noch nahe an der Erde ist, sodass der Laser nicht weit in den Weltraum fokussiert werden muss.“
„Unser Grester-ähnliches Raumschiff beschleunigt sehr schnell, während es sich noch in Erdnähe befindet, und diese Methode könnte helfen, es vom Mars zurückzubringen, wo es kein großes Laserarray geben würde, das bereit wäre, auf den Weg geschickt zu werden“, erklärte Doblay.
„Wir glauben, dass wir sogar denselben laserbetriebenen Raketenmotor verwenden können, um den Booster in die Erdumlaufbahn zurückzubringen, nachdem er den Hauptrover zum Mars geworfen hat, sodass er schnell für den nächsten Start recycelt werden kann“, sagte er Universe Today.
Der aufblasbare Reflektor ist der Schlüssel zum ordnungsgemäßen Funktionieren der Technologie, da er so konzipiert ist, dass er stark reflektierend ist, sodass er mehr Laserleistung pro Flächeneinheit aufrechterhalten kann als das Photovoltaikmodul.
Das macht die Aufgabe mit einem relativ bescheidenen Laserarray – 32 Fuß im Durchmesser – am Boden möglich.
Durch die Verkürzung der Zeit im Weltraum sind Astronauten mit geringeren Strahlungswerten konfrontiert, was die Reise zum Mars und zurück sicherer machen könnte.
Alle neuen Gegenstände werden benötigt, damit das Raumschiff den Mars innerhalb von sechs Wochen erreichen kann – deutlich weniger als die neun Monate, die die NASA vorhergesagt hat.
„Arrays von faseroptischen Lasern, die als einzelnes optisches Element fungieren, aufblasbare Weltraumstrukturen können verwendet werden, um den Laserstrahl zu fokussieren, wenn er das Raumfahrzeug in der Heizkammer erreicht“, sagte Dobelli.
Auch „Entwicklung von Hochtemperaturmaterialien, die es dem Raumschiff ermöglichen würden, bei seiner Ankunft gegen die Marsatmosphäre zu brechen“.
Die Fähigkeit, die Atmosphäre zu brechen, ist der Trick, der ein Comeback ermöglicht.
Das Problem ist, dass viele dieser Technologien noch in den Kinderschuhen stecken und noch nicht in der realen Welt getestet wurden – was die Frage nach ihrer Machbarkeit bis 2035 aufwirft.
„Die Wärmekammer des Lasers ist wahrscheinlich die größte Herausforderung“, sagte Doblay gegenüber Universe Today, skeptisch, dass Wasserstoffgas enthalten sein könnte.
Ingenieure der McGill University in Montreal, Kanada, sagen, sie hätten ein thermisches Laserantriebssystem entwickelt, bei dem ein Laser zum Erhitzen von Wasserstoffbrennstoff verwendet wird. Künstlerischer Eindruck
Er fragt, ob es eingedämmt werden kann, weil es „durch den Laserstrahl auf Temperaturen über 10.000 K erhitzt wird und gleichzeitig die Wände des Raums kühl hält?“
Unsere Modelle sagen, dass dies möglich ist, aber groß angelegte Pilottests sind derzeit nicht möglich, da wir die erforderlichen 100-MW-Laser noch nicht gebaut haben.
Professor Andrew Higgins von McGill, der die Arbeit von Doplay beaufsichtigte, sagte: „Energie per Laser tief in den Weltraum liefern zu können, wäre eine disruptive Technologie für Schub und Leistung.
Unsere Studie untersuchte den thermischen Ansatz von Lasern, was ermutigend klingt, aber die Lasertechnologie selbst ist ein echter Wendepunkt.
Die Ergebnisse wurden im Preprint on veröffentlicht arXiv.
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Der Mars ist der nächste große Sprung für die Erforschung des Weltraums durch die Menschheit geworden.
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Wichtige Details in der Mondumlaufbahn wurden als Teil der Zeitleiste der Ereignisse enthüllt, die in den 1930er Jahren zu Missionen zum Mars führten.
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Im Mai 2017 skizzierte Greg Williams, stellvertretender stellvertretender Direktor für Politik und Planung der NASA, den Vier-Stufen-Plan der Weltraumbehörde, der es Menschen hoffentlich eines Tages ermöglichen wird, den Mars zu besuchen, sowie den geplanten Zeitrahmen dafür.
Die erste und zweite Stufe Es wird mehrere Flüge in den Mondraum beinhalten, um den Bau eines Habitats zu ermöglichen, das einen Sammelpunkt für den Flug bietet.
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Die dritte und vierte Phase beginnen nach 2030 und umfassen kontinuierliche bemannte Erkundungsflüge zum Marssystem und zur Marsoberfläche.
