• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Hur lätt framdrivning kommer att fungera
    En tidig modell av en laserdriven ljusskepp Foto med tillstånd av Rensselaer Polytechnic Institute

    För mer än 20 år sedan, USA började utveckla ett missilförsvarssystem som fick smeknamnet "Star Wars". Detta system var utformat för att spåra och använda lasrar för att skjuta ner missiler som lanserats av främmande länder. Medan detta system var utformat för krig, forskare har hittat många andra användningsområden för dessa kraftfulla lasrar. Faktiskt, lasrar kan en dag användas för att driva rymdfarkoster i omloppsbana och till andra planeter.

    För att nå rymden, vi använder för närvarande rymdfärjan, som måste bära massor av bränsle och ha två massiva raketförstärkare fastspända för att lyfta från marken. Lasrar skulle låta ingenjörer utveckla lättare rymdfarkoster som inte skulle behöva en inbyggd energikälla. De lightcraft fordonet själv skulle fungera som motorn, och ljus - en av universums mest förekommande kraftkällor - skulle vara bränslet.

    En lightcraft i aktion. Det starka ljuset du ser är luften som brinner ut under farkosten. Foto med tillstånd av Rensselaer

    Grundtanken bakom ljusdrivning är användningen av markbaserade lasrar för att värma luft till den grad att den exploderar, driva rymdfarkosten framåt. Om det fungerar, lätt framdrivning blir tusentals gånger lättare och effektivare än kemiska raketmotorer, och kommer att producera noll föroreningar. I denna upplaga av Hur saker kommer att fungera , vi ska titta på två versioner av detta avancerade framdrivningssystem - en kan ta oss från jorden till månen på bara fem och en halv timme, och den andra kunde ta oss med på en rundtur i solsystemet på "ljusvägar".

    Laserdriven Lightcraft

    När lasern pulserar, den överhettar luften tills den brinner. Varje gång luften brinner, det skapar en blixt av ljus, som syns på detta foto av en testflygning. Foto med tillstånd av Rensselaer

    Lättdrivna raketer låter som något ur science fiction-rymdfarkoster som åker på en laserstråle ut i rymden, kräver lite eller inget drivmedel ombord och skapar ingen förorening. Låter ganska långsökt, med tanke på att vi inte har kunnat utveckla något nära det för konventionella mark- eller flygresor på jorden. Men även om det fortfarande kan vara 15 till 30 år bort, principerna bakom lightcraft har redan testats framgångsrikt flera gånger. Ett företag som heter Lightcraft Technologies fortsätter att förfina forskningen som började vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, N.Y.

    Grundidén för lightcraft är enkel-det ekollonformade hantverket använder speglar för att ta emot och fokusera den inkommande laserstrålen för att värma luft, som exploderar för att driva båten. Här är en titt på de grundläggande komponenterna i detta revolutionerande framdrivningssystem:

    • Koldioxidlaser - Lightcraft Technologies använder ett Pulsed Laser Vulnerability Test System (PLVTS), en avkomma till Star Wars försvarsprogram. Den 10 kw pulserade lasern som används för den experimentella lightcraften är bland de mest kraftfulla i världen.
    • Parabolisk spegel - Rymdfarkostens botten är en spegel som fokuserar laserstrålen in i motorluften eller ombord drivmedel. En sekundär, markbaserad sändare, teleskopliknande spegel används för att rikta laserstrålen mot ljusslaget.
    • Absorptionskammare - Inloppsluften riktas in i denna kammare där den värms upp av strålen, expanderar och driver lightcraft.
    • Ombord väte - En liten mängd väte drivmedel behövs för raketkraft när atmosfären är för tunn för att ge tillräckligt med luft.

    Innan lyftningen, en stråle med tryckluft används för att snurra lightcraften till cirka 10, 000 varv per minut (RPM). Snurren behövs för att stabilisera båten gyroskopiskt. Tänk på fotboll:en quarterback tillämpar spin när du skickar en fotboll för att kasta ett mer exakt pass. När spinn appliceras på detta extremt lätta farkost, det tillåter hantverket att skära genom luften med mer stabilitet. Klicka här för att se en video av lightcraften i aktion. (Den kostnadsfria Windows Media Player version 6.4 eller senare behövs för att se videon.).

    När lightcraften snurrar med optimal hastighet, lasern är påslagen, spränga lightcraften i luften. 10-kilowatt-lasern pulserar med 25-28 gånger per sekund. Genom att pulsa, lasern fortsätter att skjuta båten uppåt. Ljusstrålen fokuseras av den paraboliska spegeln på ljusbåtens botten, som värmer luften till mellan 18, 000 och 54, 000 grader Fahrenheit (9, 982 och 29, 982 grader Celsius) - det är flera gånger varmare än solens yta. När du värmer luft till dessa höga temperaturer, det omvandlas till ett plasmatillstånd - denna plasma exploderar sedan för att driva båten uppåt.

    Lightcraft Technologies, Inc., med FINDS -sponsring - tidigare flygningar finansierades av NASA och US Air Force - har testat en liten prototyp lightcraft flera gånger vid White Sands Missile Range i New Mexico. I oktober 2000, miniatyr lightcraft, som har en diameter på 12,2 cm och bara väger 50 gram, uppnått en höjd av 233 fot (71 meter). Någon gång 2001, Lightcraft Technologies hoppas kunna skicka lightcraft -prototypen till en höjd av cirka 500 fot. En laser på 1 megawatt kommer att behövas för att placera en 1 kilograms satellit i en låg jordbana. Även om modellen är gjord av flygplans-aluminium, den slutliga, Lightcraft i full storlek kommer förmodligen att byggas av kiselkarbid .

    Denna laser lightcraft kan också använda speglar, ligger i hantverket, att projicera en del av den strålade energin före skeppet. Värmen från laserstrålen skulle skapa en luftspik som skulle leda en del av luften förbi skeppet, vilket minskar motståndet och minskar mängden värme som absorberas av lightcraft.

    Mikrovågsugn som drivs av Lightcraft

    Mikrovågsdrivna lightcraft kommer att förlita sig på kretsande kraftverk. Foto med tillstånd av NASA

    Ett annat framdrivningssystem som övervägs för en annan klass av ljusskepp innefattar användning av mikrovågor. Mikrovågsenergi är billigare än laserenergi, och lättare att skala till högre makter, men det skulle kräva ett fartyg som har en större diameter. Lightcrafts som är utformade för denna framdrivning skulle se mer ut som flygande tefat (nu är vi verkligen på väg in i science fiction). Denna teknik kommer att ta fler år att utveckla än de laserdrivna lightcraften, men det kan ta oss till de yttre planeterna. Utvecklare ser också för sig tusentals av dessa lightcraft, drivs av en flotta av kretsande kraftverk, som kommer att ersätta konventionella flygbolag.

    En mikrovågsdriven lightcraft kommer också att använda en strömkälla som inte är integrerad i fartyget. Med det laserdrivna framdrivningssystemet, strömkällan är markbaserad. Mikrovågsdrivsystemet kommer att vända det. Den mikrovågsdrivna rymdfarkosten kommer att förlita sig på kraft som strålar ner från kretslopp, solkraftverk. Istället för att drivas bort från sin energikälla, energikällan kommer att dra in lightcraften.

    Innan den här mikrovågsugnen kan flyga, forskare måste sätta i omlopp för en solkraftstation med en diameter på 1 kilometer (0,62 miles). Leik Myrabo , som leder lightcraft -forskningen, tror att ett sådant kraftverk kan generera upp till 20 gigawatt kraft. Kretsar runt 500 km ovanför jorden, denna kraftstation skulle sänka ned mikrovågsenergin till 20 meter, skivformade lightcraft som skulle kunna bära 12 personer. Miljontals små antenner som täcker toppen av båten skulle omvandla mikrovågorna till elektricitet. På bara två banor, kraftverket skulle kunna samla 1, 800 gigajoule energi och strålar ner 4,3 gigawatt kraft till ljusslaget för resan till bana.

    Mikrovågsljuset skulle vara utrustat med två kraftfulla magneter och tre typer av framdrivningsmotorer. Solceller, täcker toppen av fartyget, skulle användas av lightcraften vid lanseringen för att producera el. Elen skulle sedan jonisera luften och driva båten för att hämta passagerare. När det väl har lanserats, Mikrovågsljuset använde sin inre reflektor för att värma luften runt den och trycka igenom ljudspärren.

    En gång på hög höjd, det skulle luta i sidled för hypersoniska hastigheter. Hälften av mikrovågsugnen kan sedan reflekteras framför fartyget för att värma luften och skapa en luftspik, tillåter skeppet att skära genom luften med upp till 25 gånger ljudets hastighet och flyga i omloppsbana. Fartygets högsta hastighet når cirka 50 gånger ljudets hastighet. Den andra halvan av mikrovågsugnen omvandlas till elektricitet av fartygets mottagande antenner, och används för att strömförsörja sina två elektromagnetiska motorer. Dessa motorer accelererar sedan slipströmmen, eller luften som flyter runt båten. Genom att påskynda slipströmmen kan fartyget avbryta alla ljudsignaler, vilket gör lightcraft helt tyst vid supersoniska hastigheter.

    Mycket mer information

    Relaterade HSW -artiklar

    • Hur lasrar fungerar
    • Hur ljus fungerar
    • Hur rymdfärjor fungerar
    • Hur rymdhissar kommer att fungera
    • Hur luftandningsraketer kommer att fungera
    • Hur solar segel kommer att fungera
    • Hur saker kommer att fungera

    Fler fantastiska länkar

    • Lightcraft Technologies, Inc.
    • Science@NASA:Riding the Lightways Highways
    • ABC News:Riding Lasers Into Space
    • Scientific American:Highways of Light
    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com