التكنولوجيا لجعل البعثات بين النجوم ممكنة وبأسعار معقولة

يمكن استخدام مصفوفات الليزر لدفع الأشرعة الشمسية الخفيفة الوزن إلى النجوم الأخرى. تم تمويل هذا بأكثر من 100 مليون دولار وهو يعتمد على تقنية صناعة الليزر والضوئيات التي تبلغ قيمتها 600 مليار دولار. تبحث ورقة بحثية حديثة في كيف ستجعل التحسينات التكنولوجية المختلفة ذلك أكثر جدوى وتحسن التكاليف. ستكون الضوئيات المتكاملة والإنتاج الضخم لمعظم الأنظمة المعيارية ضروريين بشكل أساسي لتحقيق التحقيق الكامل لهذه الرؤية. اشتق الباحثون نموذج تكلفة تحليلي مدفوع بالفيزياء الأساسية للنظام المقترح. يتيح لنا ذلك اتخاذ قرارات مستنيرة اقتصاديًا وإنشاء مسار منطقي للمضي قدمًا إلى الرحلة بين النجوم.

توفر الطاقة الموجهة على نطاق واسع إمكانية التحول الجذري في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك القدرة على تحقيق رحلة نسبية من شأنها تمكين المهام الأولى بين النجوم ، فضلاً عن العبور السريع بين الكواكب. بالإضافة إلى ذلك ، ستسمح نفس التقنية بإطلاق الطاقة بعيد المدى للمحركات الأيونية ، والاستئصال ، والمحركات الحرارية ، بالإضافة إلى إعادة الشحن بعيد المدى للمركبات الفضائية البعيدة ، واتصالات الليزر طويلة المدى وعالية النطاق ، والعديد من التطبيقات الإضافية التي تشمل تحليل التركيب عن بعد والتلاعب بالكويكبات والدفاع الكوكبي الكامل. تعتمد الطاقة الموجهة على الضوئيات التي ، مثل الإلكترونيات ، هي منطقة نمو تتوسع بشكل كبير مدفوعة بمصالح اقتصادية متنوعة تسمح بالتقدم التحويلي في استكشاف الفضاء والقدرة. لقد حققنا تقدمًا تقنيًا هائلاً في السنوات القليلة الماضية لتمكين هذه الرؤية طويلة المدى.

بالإضافة إلى التحديات التكنولوجية ، يجب أن نواجه التحديات الاقتصادية لجعل الرؤية حقيقة واقعة. يتطلب المسار المستقبلي تغييرًا جوهريًا في تصميمات النظام للسماح بالتخفيضات الجذرية في التكلفة المطلوبة. من أجل تحقيق التحقيق الكامل لهذه الرؤية ، سنحتاج إلى إبراز الفوتونات المتكاملة والإنتاج الضخم كمسار للمضي قدمًا. لحسن الحظ ، الضوئيات المتكاملة هي تقنية مدفوعة بالحاجة الهائلة للمستهلكين لتسليم البيانات بسرعة عالية. إنها تحدد الخطوط العريضة للفيزياء الأساسية التي تقود الاقتصاد وتستنبط نموذج التكلفة التحليلي الذي يسمح لنا بالتخطيط المنطقي للمسار المستقبلي.

من أجل الطيران النسبي (أكثر من 10٪ من سرعة الضوء) ، هناك حاجة إلى تطوير ليزر قوي لدفع مجسات الكتلة المنخفضة للغاية. التطورات الأخيرة تجعل كلا الأمرين ممكنًا الآن. محرك الفوتون عبارة عن صفيف مرحلي بالليزر يلغي الحاجة إلى تطوير ليزر كبير للغاية واستبداله بعدد كبير من مضخمات الليزر المتواضعة في تكوين MOPA (مضخم طاقة المذبذب الرئيسي) مع خط أساس لمضخمات Yb تعمل عند 1064 نانومتر. النظام مؤمن طورًا باستخدام متماسك
منارة تحملها المركبة الفضائية أو تنعكس عن المركبة الفضائية. يعد الحفاظ على سلامة المرحلة أحد التحديات الرئيسية. هذا النهج مشابه لبناء كمبيوتر فائق من عدد كبير من المعالجات المتواضعة. يلغي هذا النهج أيضًا البصريات التقليدية ويستبدلها بمصفوفة مرحلية من العناصر البصرية الصغيرة منخفضة التكلفة. على سبيل المثال ، في الطرف العلوي النهائي ، سيدفع نظام كامل النطاق (50-100 جيجاواط) مركبة فضائية على نطاق الرقاقة مع عاكس من فئة متر (شراع ليزر) إلى حوالي c / 4 في بضع دقائق من إضاءة الليزر مما يسمح بالمئات عمليات الإطلاق في اليوم أو 100,000 مهمة في السنة. سيصل مثل هذا النظام إلى المسافة إلى المريخ (1 AU) في 30 دقيقة ، ويمرر Voyager I في أقل من 3 أيام ، ويمر 1,000 AU في 12 يومًا ، ويصل إلى Alpha Centauri في حوالي 20 عامًا.

يمكن للنظام نفسه أيضًا دفع حمولة 100 كجم إلى حوالي 1 ٪ من سرعة الضوء وحمولة 10,000،1,000 كجم إلى أكثر من XNUMX،XNUMX كم / ثانية ، على الرغم من وجود مساحة تجارية عملية لاستخدام DDM مقابل IDM للمركبات الفضائية ذات الكتلة الأكبر.

هناك تطبيقات أخرى لصفائف الليزر الكبيرة وإشعاع الطاقة بعيد المدى. يمكن إرسال الطاقة لأنظمة المحرك الأيوني ، وإعادة شحن المركبات الفضائية البعيدة (القضاء على RTG في بعض الحالات) ، والدفاع الكامل للكواكب ضد كل من الكويكبات والمذنبات ، والإضاءة النشطة على نطاق واسع في النظام الشمسي أو المسح بالليزر (LIDAR) للعثور على الأجسام الصغيرة ودراستها ، الكويكب تحليل التلاعب والتركيب ، وتطبيقات الاستصلاح ، والمسار إلى التلسكوبات الكبيرة للغاية.

قوة الإشعاع لتشغيل المحركات الأيونية ، تتيح مناورة عالية السرعة خارج كوكب المشتري.