基于激光热推进的火星快速往返任务设计
空间物理
2022-01-04 v1 科普物理
摘要
以火星快速往返为设计目标，探讨了定向能量在航天器任务设计中的应用。假设基于地球、尺寸空前（直径 10~m）且功率（100~MW）的激光阵列因光子激光技术的持续发展而成为可能。如此尺寸并具备大气补偿的相控阵激光，能够将激光功率传输至月地空间内的航天器，入射激光经充气式反射镜聚焦进入氢加热室。氢推进剂随后经喷管排出，实现 3000 s 的比冲。该架构通过燃烧返回机动在仍处于地球激光作用范围内时回收推进单元，显示出即时可重用性。耐受更高激光通量的能力使得高推力与高比冲的组合得以实现，令该方法相较激光电推进更具优势，并占据类似于气芯核热火箭（无需相应反应堆）的参数空间。加热室及其相关的再生冷却与推进剂处理系统是该设计中受到特别关注的关键要素。本文还详细分析了天体动力学以及 45 天转移后火星到达所需的极端气动捕获机动。文中讨论了激光热推进作为太阳系内外其他快速往返任务赋能技术的应用。
引用
@article{arxiv.2201.00244,
title = {Design of a rapid transit to Mars mission using laser-thermal propulsion},
author = {Emmanuel Duplay and Zhuo Fan Bao and Sebastian Rodriguez Rosero and Arnab Sinha and Andrew Higgins},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.00244},
year = {2022}
}