理论教育 激光和离子推进航天器的探究

激光和离子推进航天器的探究

时间:2023-05-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:到目前为止设想的光帆系统将利用来自太阳的光子或地基激光系统。这种类型的系统不需要依赖于太阳、激光或地面上的定向能量系统,而是可以与航天器一起飞行,使其加速到更高的速度。该系统可能使用陆基激光、在轨激光系统、在轨离子推进器,甚至化学推进系统在木星或太阳的轨道上机动,利用重力助推来提高航天器的速度,这可能是最有效的方法。

激光和离子推进航天器的探究

到目前为止设想的光帆系统将利用来自太阳的光子或地基激光系统。一些科学家设想,随着时间的推移,在轨航天器上产生的光子或带电离子可以达到很高的速度。这种类型的系统不需要依赖于太阳、激光或地面上的定向能量系统,而是可以与航天器一起飞行,使其加速到更高的速度。此外,这个方案不具备速度剧增的能力的突然爆发,而是在很长一段时间内通过恒定的加速度来稳定地提高速度。如果这样的系统只能达到1 cm/s2的微小加速度,那么系统的速度随着时间的推移仍然会增加。地面上的重力加速度是9.8 m/s2,但在行星表面,这个加速度几乎比在地球表面小1 000 倍。随着时间的推移,这种缓慢的加速会逐渐增加。一天有86 600 s,一年有31 586 600 s,因此,一年所走的距离大约是5 000 万km,甚至还不足到太阳距离的1/2。但在2年内,它将走2 亿km; 在3年内,它将走8 亿km; 在4年内,它将走16 亿km;在5年内,它将走32 亿km。与加速度有关的公式的平方部分随时间增加。

设计一个可以持续使用多年的航天器运载系统,一个可以一次性产生能使用很多年的带电离子或发射光子的系统,这样就可以获得足够的速度到达其他恒星。“突破摄星”计划的任务设计是基于一种功率非常大的地基激光,但并没有特别的规定说不能使用组合技术,因此其可能会使用一个有趣的混合推进系统。该系统可能使用陆基激光、在轨激光系统、在轨离子推进器,甚至化学推进系统在木星或太阳的轨道上机动,利用重力助推来提高航天器的速度,这可能是最有效的方法。实际上,利用混合动力系统,使用各种推进技术相互组合是获得最大速度的最有效的方式,同时该系统还具有避免障碍所需的机动性,并使用重力辅助作为其中的一部分。(www.daowen.com)

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