El futuro de la exploración espacial incluye algunos planes ambiciosos para enviar misiones más lejos de la Tierra que nunca. Además de las propuestas actuales para construir infraestructura en el espacio circunlunar y enviar misiones tripuladas regulares a la Luna y Marte, también hay planes para enviar misiones robóticas al sistema solar exterior, a la distancia focal de la lente gravitacional de nuestro Sol e incluso a zonas exteriores. espacio. Las estrellas más cercanas para explorar exoplanetas. Lograr estos objetivos requiere propulsión de próxima generación que pueda permitir un alto empuje y una aceleración sostenida.

Los conjuntos de láseres enfocados (o energía dirigida (DE)) y las velas ligeras son métodos que se están estudiando ampliamente, p. Truco de disparo estelar Y pululan por Próxima Centauri. Además de estas propuestas, un equipo de la Universidad McGill de Montreal ha propuesto un nuevo tipo de sistema de propulsión de energía dirigida para explorar el sistema solar. en artículo recienteEl equipo compartió sus primeros resultados. Propulsión térmica láser (LTP), lo que indica que la tecnología tiene el potencial de proporcionar un alto empuje y Lote específico Para misiones interestelares.

El equipo de investigación estuvo dirigido por gabriel r. dobbypasante de investigación de pregrado con Grupo de investigación de vuelos experimentales interestelares McGill (IFERG), Profesor Asociado Andres Huggins, investigador principal del IFERG. él se unió a ellos Emmanuel Duplayinvestigador graduado de Universidad Técnica de Delft (a Delft); Sierra Real, asistente de investigación de verano en IFERG; Y Jason Loiseau, Profesor asociado del Real Colegio Militar de Canadá. El equipo presentó sus hallazgos en el Foro y Exposición de Ciencia y Tecnología AIAA de 2024 y en un artículo que aparece en el AIAA Journal. Centro de investigación aeroespacial (Arco).

Higgins y sus colegas propusieron originalmente este concepto en un artículo de 2022. Acta Astronáutica – con derecho «Diseño de un vuelo de tránsito rápido a Marte utilizando propulsión láser térmicaComo informó Universe Today en ese momento, LTP se inspiró en conceptos interestelares como… tiro estelar Y proyecto libélula. Sin embargo, Higgins y sus colegas de McGill estaban interesados ​​en cómo la misma tecnología podría permitir misiones de tránsito rápido a Marte en sólo 45 días y por todo el sistema solar. Consideraron que este método también podría validar las técnicas utilizadas y servir como un trampolín hacia las misiones interestelares.

Como Higgins le dijo a Universe Today por correo electrónico, se les ocurrió la idea durante la pandemia cuando no podían llegar a su laboratorio:

«[M]Los estudiantes llevaron a cabo un estudio conceptual detallado sobre cómo el tipo de grandes conjuntos de láser previstos para Breakthrough Starshot podrían usarse para una misión a corto plazo al sistema solar. En lugar de un láser de 10 kilómetros de diámetro y 100 gigavatios como se imaginó en Breakthrough Starshot, nos limitamos a un láser de 10 metros de diámetro y 100 gigavatios y demostramos que sería capaz de suministrar energía a una nave espacial casi a corta distancia. rango. la luna. Al calentar el combustible de hidrógeno a 10.000 K segundos, el láser permite alcanzar el «santo grial» de un alto empuje y un alto pulso específico.

El concepto es similar a Propulsión térmica nuclear (NTP), que la NASA y DARPA están desarrollando actualmente para misiones de tránsito rápido a Marte. En un sistema NTP, un reactor nuclear genera calor que hace que el combustible de hidrógeno o deuterio se expanda, que luego se concentra a través de boquillas para generar empuje. En este caso, los láseres en fase se enfocan en una cámara de calentamiento de hidrógeno, que luego se expulsa a través de una boquilla para lograr pulsos específicos de 3000 segundos. Desde que Higgins y sus estudiantes regresaron al laboratorio, dijo, han estado tratando de verificar su idea experimentalmente:

“Obviamente no tenemos un láser de 100 megavatios en McGill, pero ahora tenemos un láser de 3 kilovatios en el laboratorio (lo cual ya es bastante aterrador) y estamos estudiando cómo el láser podría acoplar su energía al propulsor (eventualmente hidrógeno, pero por ahora, argón solo porque es más fácil de ionizar). El documento de la AIAA aborda el diseño, la construcción y el “desmontaje” de una instalación láser de 3 kilovatios”.

Higgins y su equipo construyeron un dispositivo que contenía de 5 a 20 barras de gas argón estático a partir de sus pruebas. Si bien el concepto final usaría gas hidrógeno como propulsor, usaron gas argón en las pruebas porque es más fácil de ionizar. Luego pulsaron un láser de 3 kilovatios a una frecuencia de 1070 nm (correspondiente a la longitud de onda del infrarrojo cercano) para determinar el umbral de potencia necesario para el plasma sostenido por láser (LSP). Sus resultados indicaron que alrededor del 80% de la energía del láser se depositó en el plasma, lo que concuerda con estudios anteriores.

Los datos de presión y espectroscópicos que obtuvieron también revelaron la temperatura máxima del LSP con el gas de trabajo, aunque subrayaron que se necesita más investigación para obtener resultados concluyentes. También enfatizaron que se necesita un dispositivo dedicado para realizar pruebas de flujo forzado y otras pruebas de LSP. Finalmente, el equipo planea realizar mediciones de empuje a finales de este año para medir la magnitud de la aceleración (delta-v) y el pulso específico (Isp) Un sistema de propulsión térmica láser podría proporcionar futuras misiones a Marte y otros planetas del sistema solar.

Si la tecnología está a la altura de la tarea, ¡podríamos estar ante un sistema capaz de llevar astronautas a Marte en semanas en lugar de meses! Otros conceptos seleccionados para NIAC este año incluyen pruebas para evaluar sistemas de hibernación para misiones de larga duración en microgravedad. Solas o combinadas, estas tecnologías podrían permitir misiones de tránsito rápido que requieran menos carga y suministros y reduzcan la exposición de los astronautas a la microgravedad y la radiación.

Lectura en profundidad: AIAA, Acta Astronáutica