Метод, разработанный физиками Юрием Резунковым из Института оптоэлектронного приборостроения, Россия, и Александром Шмидтом из Физико-технического института им. Иоффе в Санкт-Петербурге, Россия, описан сегодня в журнале Оптического общества (OSA) Applied Optics.В настоящее время максимальная скорость космического корабля ограничена количеством твердого или жидкого топлива, которое он может нести.
Достижение более высоких скоростей означает, что необходимо сжечь больше топлива — топлива, которое, что неудобно, приходится переносить на корабле и поднимать в космос. Однако эти обременительные нагрузки можно уменьшить, если использовать лазер, расположенный в удаленном месте, а не на космическом корабле, для создания дополнительной движущей силы.
Был предложен ряд систем, которые могут создавать такой лазерный движитель. Один из наиболее многообещающих включает процесс, называемый лазерной абляцией, при котором импульсный лазерный луч падает на поверхность, нагревает ее и сжигает материал, создавая так называемый плазменный шлейф — столб заряженных частиц, которые стекают с поверхности. поверхность.
Истечение этого плазменного шлейфа — по сути, выхлоп — создает дополнительную тягу для движения корабля.В своей статье «Прикладная оптика» Резунков и Шмидт описывают новую систему, которая объединяет двигательную установку с лазерной абляцией и газовые сопла космического корабля. Исследователи обнаружили, что объединение этих двух систем может увеличить скорость выхода газа из системы до сверхзвуковых скоростей, уменьшив при этом количество сгоревшего топлива.
Исследователи показывают, что эффективность современных лазерных двигателей ограничена такими факторами, как нестабильность сверхзвуковых газов при их прохождении через газовое сопло, а также образование ударных волн, которые «заглушают» входное отверстие сопла, уменьшая тягу. . Но эти эффекты можно уменьшить с помощью плазменного шлейфа лазерной абляции, который перенаправляется так, что он течет близко к внутренним стенкам сопла. Они обнаружили, что соединение абляционной струи со сверхзвуковым потоком газа через сопло значительно улучшает общую тягу, создаваемую соплом.
«Обобщая полученные данные, можно прогнозировать применение сверхзвуковых лазерных двигателей не только для вывода малых спутников на околоземные орбиты, но и для дополнительного ускорения сверхзвуковых летательных аппаратов до 10 Маха и более», — сказал Резунков.