激光能作為驅動源將宇宙飛船送至火星嗎?加拿大麥吉爾大學一支研究小組提出一項方案，地面安裝一組 10 米寬的激光器陣列，加熱宇宙飛船后艙中的氫等離子體，從而產生氫氣推力，并且能夠在短短 45 天內將宇宙飛船發射到火星。當抵達火星大氣層時將進行減速，為未來火星人類殖民地運送物資，也許有一天，能通過該方式將人類運送至火星。

　　2018 年，美國宇航局主辦工程師設計挑戰賽，要求參賽者設計一項火星任務，在不超過 45 天的時間內運送至少 1000 公斤的有效載荷，以及實現太陽系深處和太陽系外部的空間旅行。該挑戰賽要求短時間內抵達火星，其動機是為了將物資成功運送到火星，未來也可能實現載人飛行，讓人類在短短 45 天內抵達火星，同時，該太空旅行盡量減少他們暴露在星際宇宙射線和太陽風暴的破壞影響下。SpaceX 公司執行總裁埃隆·馬斯克(Elon Musk)曾大膽設想——基于化學燃料火箭，可在半年內將人類從地球運送至火星表面。

　　麥吉爾大學的設計方案被稱為“激光-熱能推進系統”，依靠地面一組紅外激光器，寬度 10 米，結合許多不可見的紅外光束，每一束波長大約 1 微米，總功率為 100 兆瓦——這相當于 8 萬個家庭的供電需求。該飛船將環繞在橢圓形中等地球軌道上，飛船有一個反射器，可將來自地球的激光束導向至一個包含氫等離子體的加熱艙中，當加熱艙核心被加熱到 7.2 萬華氏度時，其核心周圍的氫氣將達到 1.8 萬華氏度，并從一個噴嘴噴出產生推力，在 58 分鐘內推動飛船離開地球，在地球自轉時，側推進器將使飛船與激光束保持方向一致。

　　當發射激光束停止時，宇宙飛船將以相對地球、每秒 17 公里的速度快速移動，該速度足以在短短 8 小時內穿過地月軌道距離，大約 45 天之后宇宙飛船將到達火星大氣層，此時它仍以每秒 16 公里的速度飛行。然而，一旦到達火星軌道，對于工程師而言，如何將宇宙飛船的有效載荷保持在火星軌道是非常棘手的問題。

　　這很困難，因為飛船的有效載荷無法攜帶化學推進劑使火箭減速——該狀態下所需燃料將有效載荷質量減少至最初 1000 公斤的6% 以內。未來在火星生活的人員可以建造一個等效激光陣列，用于飛船降速，利用其反射器和等離子體艙提供反向推力之前，航空捕獲是飛船在火星軌道減速的唯一方法。

　　即便如此，火星大氣層中實現航空捕獲或者航空制動可能是一個危險的操作，飛船減速度(即負加速度)將達到 8g，該狀態將達到人類生理承受極限，僅能承受幾分鐘時間，因為只能在一次環繞火星運行時實現航空捕獲，受火星大氣摩擦影響，飛船的最大熱通量將高于傳統熱保護系統材料，但不是那些當前正在積極開發研制的新材料。

　　配備“激光-熱能推進系統”的宇宙飛船可進入深太空或者火星軌道，該方案與之前提出的其他太空傳輸方案形成鮮明對比，例如：激光-電力推進系統，激光束沖擊飛船有效載荷后方的光伏電池;太陽能電力推進系統，太陽能光伏電池在太陽光線照射下可產生能量，從而產生推進宇宙飛船行進的推力;核電力推進系統，即核反應堆產生電力，該電力產生離子推動推進器;此外還有核熱推進系統，核反應堆的熱量將液體轉化為氣體，然后通過噴嘴噴出產生推力。

　　激光推進系統能夠使用排場大小的激光陣列完成 1 噸有效載荷的快速運輸任務，而激光電力推進系統僅能使用公里等級陣列完成。“激光-熱能推進系統”概念的一個重大優勢是具有極低的質量功率比，在 0.001-0.010 kg/kW 范圍內是“無與倫比”的，該概念遠低于那些先進核動力推進技術，因為能量源仍在地球上，而且傳輸的通量可由一個低質量充氣反射器處理。

　　上世紀 70 年代，科學家首次研究激光-熱能推進技術，當時使用的是 10.6 微米 CO2 激光器，這是當時功率最大的激光器。現今 1 微米等級的光纖激光器可以大規模平行組合，相控陣具有較大的有效直徑，這意味著在杜普賴的激光-熱能推進概念中，功率輸出焦距超過兩個數量級。

　　一支研究小組正在開發相控陣激光器結構，激光器陣列使用單個大約 100 瓦的激光放大器，每個放大器是一個簡單光纖環路和一個 LED 燈做為“泵”，該放大器可以批量生產，成本不高，所以我們可以設想未來的火星任務需要訂制 100 萬個獨立激光放大器。

　　第一批到達火星的人類可能不會使用激光-熱能推進系統技術，然而，隨著越來越多的人到達火星，并維持一個長期性殖民基地，我們就需要這樣的推進系統，便于人類更快地到達火星，同時還能避免輻射危害。杜普賴稱，采用激光-熱能推進系統的火星任務可能會在人類首次登陸火星 10 年之后執行，推測可能在 2040 年。
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