工程師們從大約35年前就開始設想光子推進器了,在9月18日於加州Long Beach舉行的美國航空和太空學會2007年度空間技術研討會上,工程師將描述一種基於雷射的推進器構成的實驗性太空飛行器推進系統。
NASA今年年初投資對光子雷射推進系統(PLP)進行了成功的測試。這次展示將由位於加州Tustin的Bae學院及其創始人Young Bae指揮,他是前SRI國際、Brookhaven國家實驗室以及美國空軍研究實驗室的科學家。
Bae聲稱已經消除了把光子推進器用於太空飛行器推進的最後障礙。伴隨其它設計的問題一直就是推力非常小以及難以用雷射對準推進方向的問題。Bae表示,通過把光學空穴集成到一種限制定向光子的雷射之中,可以解決這些問題,因而把它們的光線壓力放大了1000倍,與此同時,利用位於空間中心的雷射方便地對準推進方向。
從光子推進器頂部和底部出現的雷射光線在把太空船推向前進的過程中保持方向的固定。
「我們的光子雷射推進方法的基礎在於:在兩個空間平臺中,在由兩塊分開放置的高反射係數的鏡面之間形成有源諧振光學空穴,」Bae表示,「突破就是在PLP中的雷射增益媒介位於光學空穴之中,相比之下,以前的失敗在於企圖設計一種無源的諧振空穴,其中,雷射增益媒介位於光學空穴的外部。」
最初,PLP設計工程師設想採用大型地面雷射來產生足夠的強度並為反推提供一種支撐,隨後,轉向採用在空間中的無源光學空穴。不幸的是,這些設計沒有一個能夠展示足夠的推力。相比之下,Bae的有源光學空穴利用可在空間工作的小型、廉價的雷射,證明能夠提供幾個mN(毫牛頓)的動力,因此,它們不會受到切割地球大氣層所造成的失真。勝於利用地球作為支撐物,這種基於太空的雷射平臺會發射光束來推進太空船,與此同時,利用在相反方向的平衡光束來保持中央的雷射固定不動,或利用附著於雷射平臺的傳統推進器。
對於在地球軌道上的使用,Bae聲稱太空中的衛星再也不需要為它們自己的反推進火箭設計一種電源,而是可以利用位於中央的雷射平臺以其雷射束提供時常同步的輕推操作,以保持衛星在軌道上的位置。對於深空任務,由光線壓力產生的微弱推力會隨著時間的推移而加大。因為當利用光子動力時不存在燃料耗盡的問題,太空船僅僅需要鏡面把雷射反射下來—一旦要關閉雷射的話,它能夠根據需要儘可能地繼續保持工作,以持續地加速太空船,使之達到理論的速度極限—光速。
Bae表示,採用傳統的火箭從地球到火星需要6個月,相比之下,採用該技術加大推力來為太空船加速,抵達火星只需要幾周時間。
「對於數量級為mN的小推力應用,如精密的太空船編隊,從我們的演示原型機所獲得的推力是足夠的,」Bae說,「對於數量級為N的中等推力應用,如太空船變軌和精密的入塢,我們計劃加大我們現有PLP引擎的推力,我們相信在幾年內能夠實現。而對於數量級為kN的更大推力應用,我們計劃研究新的基礎技術,如空間核動力雷射系統。」