激光推進(jìn)的基本思想是人們可以在地面上向飛行器傳輸能量，利用遠(yuǎn)距離高能激光加熱工質(zhì)，使工質(zhì)氣體膨脹或者產(chǎn)生電流間接推力，推動(dòng)飛行器前進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)。NASA最近對(duì)一項(xiàng)提案進(jìn)行了早期投資，計(jì)劃將小型激光推進(jìn)航天器發(fā)射至太陽系外最近的行星，預(yù)計(jì)旅行時(shí)間只有12年。

基于激光器的星際推進(jìn)技術(shù)

這一項(xiàng)目名為“星際先驅(qū)任務(wù)的突破性推進(jìn)架構(gòu)”，是由NASA支持的22項(xiàng)具有遠(yuǎn)見探索的項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目第一階段將獲得125000美元的資助進(jìn)行為期9個(gè)月的可行性調(diào)研，以支持其概念的初步定義與分析。一旦完成可行性階段論證，第一階段的努力將會(huì)推進(jìn)至第二階段的實(shí)施，此外還有50萬美元的資金可用于未來兩年的相關(guān)開發(fā)。

“10km直徑的激光器陣列”設(shè)想

加利福尼亞州美國(guó)航空航天局帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的John Brophy提出了一個(gè)設(shè)想——直徑10km、按軌道運(yùn)行100兆瓦的激光器陣列。高效的光伏陣列將高激光功率轉(zhuǎn)換為電能，最后能驅(qū)動(dòng)70MW鋰離子推進(jìn)系統(tǒng)能以足夠的速度在一長(zhǎng)段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行星際旅行。

對(duì)此，Brophy表示：“這是一種新型動(dòng)力/推進(jìn)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)12年時(shí)間、500個(gè)天文單位的飛行。這也是常規(guī)航天器利用太陽引力透鏡對(duì)外星行星進(jìn)行成像的距離?！?/p>

星際旅行的前景是提案中最引人注目的一點(diǎn)。在同樣的推進(jìn)器架構(gòu)之下，從地球到冥王星的軌道飛行時(shí)間將縮短至不到四年，并在短短一年時(shí)間內(nèi)達(dá)到向木星軌道運(yùn)送80噸有效載荷的能力——這使得太空漫游中人類實(shí)現(xiàn)到達(dá)巨型天然氣行星的使命成為可能。

鋰離子推進(jìn)系統(tǒng)

Brophy指出，開發(fā)任何快速空間運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵在于兩種能力：一種是產(chǎn)生大功率的同時(shí)，幾乎沒有質(zhì)量的負(fù)擔(dān)；另一種是在不使用大量推進(jìn)劑的情況下，提供高速度變化。

他表示：“這兩種能力都需要非常低的特定質(zhì)量（kg/kW）和非常高的比沖量?！?/p>

“通過在航天器使用輕便的光伏陣列來替換電源以及大部分電源轉(zhuǎn)換器件之后，我們架構(gòu)中的特定質(zhì)量可以達(dá)到0.25kg/kW，它將以58000s的比沖量輸出鋰燃料，來達(dá)到推進(jìn)器系統(tǒng)所需要的電壓?！?/p>

作為對(duì)比，采用了最新技術(shù)的“黎明”號(hào)航天器，它的特定質(zhì)量和比沖量分別為300kg/kW和3000s。

其實(shí)，在理論上，NASA的另外一位科學(xué)家Philip Lubin曾針對(duì)利用推進(jìn)器架構(gòu)中的新型超大功率激光器提出一種方法。但是Brophy預(yù)計(jì)，目前的理論技術(shù)將會(huì)比之前提出的理論實(shí)現(xiàn)的可能性大得多。

雖然這個(gè)想法假設(shè)了巨型激光器陣列和一個(gè)效率超過現(xiàn)有技術(shù)水平的光伏系統(tǒng)的存在，但是Brophy認(rèn)為，即使在很遠(yuǎn)的距離尺度上，可用于航天器推進(jìn)的光子的絕對(duì)密度都將轉(zhuǎn)化為一種“巨大”的能量，可以充分發(fā)揮它們的作用。

在太空進(jìn)行“光學(xué)開采”

NASA支持的另外21個(gè)項(xiàng)目同樣是圍繞著光子技術(shù)的各項(xiàng)研究。

其中一個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行到第二階段，是構(gòu)思一個(gè)遠(yuǎn)程光伏發(fā)電激光蒸發(fā)分子吸收光譜傳感器系統(tǒng)，它可以搭載在軌道上來探測(cè)冷太陽系中的分子組成，如小行星、彗星、行星以及衛(wèi)星。

加州理工大學(xué)Gary Hughes團(tuán)隊(duì)表示：“經(jīng)過第一階段的可行性分析論證之后，所有結(jié)果都表明此套傳感器概念是可行的?！?/p>

此外，獲得第二階段項(xiàng)目支持的還有外行星“回波”成像系統(tǒng)，這是一種新型光學(xué)探測(cè)方法，旨在“發(fā)掘”太空中存在自然資源的小行星、衛(wèi)星以及行星等。

TransAstra公司的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Joel Sercel目前正在從事一個(gè)30千瓦的光學(xué)采礦系統(tǒng)，他解釋說：“在光學(xué)‘開采’中，通過高度集中的日光能夠?qū)崿F(xiàn)小行星材料的挖掘與加工。我們已經(jīng)證實(shí)了，將小行星封閉在密封袋中時(shí)，日光可用于小行星的鉆孔、挖掘、破壞和塑造?！?/p>