Un primo modello di un veicolo leggero a propulsione laser Foto per gentile concessione del Rensselaer Polytechnic Institute Più di 20 anni fa, gli Stati Uniti iniziarono a sviluppare un sistema di difesa missilistico a cui fu dato il soprannome di "Star Wars". Questo sistema è stato progettato per tracciare e utilizzare i laser per abbattere i missili lanciati da paesi stranieri. Mentre questo sistema è stato progettato per la guerra, i ricercatori hanno trovato molti altri usi per questi laser ad alta potenza. Infatti, i laser potrebbero un giorno essere usati per spingere i veicoli spaziali in orbita e verso altri pianeti.
Per raggiungere lo spazio, attualmente usiamo lo space shuttle, che deve trasportare tonnellate di carburante e avere due enormi razzi a razzo attaccati ad esso per sollevarsi da terra. I laser permetterebbero agli ingegneri di sviluppare veicoli spaziali più leggeri che non avrebbero bisogno di una fonte di energia a bordo. Il lightcraft il veicolo stesso fungerebbe da motore, e la luce, una delle fonti di energia più abbondanti dell'universo, sarebbe il carburante.
Una nave leggera in azione. La luce brillante che vedi è l'aria che brucia sotto il bordo del velivolo. Foto per gentile concessione di Rensselaer L'idea alla base della propulsione leggera è l'uso di laser a terra per riscaldare l'aria fino a farla esplodere, spingendo la navicella in avanti. Se funziona, la propulsione leggera sarà migliaia di volte più leggera ed efficiente dei motori a razzo chimici, e produrrà zero inquinamento. In questa edizione di Come funzioneranno le cose? , daremo un'occhiata a due versioni di questo avanzato sistema di propulsione:una può portarci dalla Terra alla Luna in sole cinque ore e mezza, e l'altro potrebbe portarci in un tour del sistema solare sulle "autostrade della luce".
Mentre il laser pulsa, surriscalda l'aria fino a farla bruciare. Ogni volta che l'aria brucia, crea un lampo di luce, come si vede in questa foto di un volo di prova. Foto per gentile concessione di Rensselaer I razzi a propulsione leggera suonano come qualcosa di fantascientifico:astronavi che viaggiano su un raggio laser nello spazio, richiedono poco o nessun propellente a bordo e non creano inquinamento. Sembra piuttosto inverosimile, considerando che non siamo stati in grado di sviluppare nulla di simile a quello per i viaggi convenzionali via terra o aerei sulla Terra. Ma anche se mancano ancora dai 15 ai 30 anni, i principi alla base del lightcraft sono già stati testati con successo diverse volte. Una società chiamata Lightcraft Technologies continua a perfezionare la ricerca iniziata al Rensselaer Polytechnic Institute di Troy, N.Y.
L'idea di base per l'astronave è semplice:l'imbarcazione a forma di ghianda utilizza specchi per ricevere e focalizzare il raggio laser in arrivo per riscaldare l'aria, che esplode per spingere l'imbarcazione. Ecco uno sguardo ai componenti di base di questo rivoluzionario sistema di propulsione:
Prima del decollo, un getto di aria compressa viene utilizzato per far ruotare il velivolo a circa 10, 000 giri al minuto (RPM). La rotazione è necessaria per stabilizzare giroscopicamente l'imbarcazione. Pensa al calcio:un quarterback applica l'effetto quando passa un pallone per lanciare un passaggio più preciso. Quando si applica lo spin a questo mestiere estremamente leggero, consente all'imbarcazione di tagliare l'aria con maggiore stabilità. Clicca qui per vedere un video del lightcraft in azione. (Per visualizzare il video è necessaria la versione gratuita di Windows Media Player 6.4 o successiva.).
Una volta che il veicolo leggero gira a una velocità ottimale, il laser è acceso, facendo esplodere la navicella leggera in aria. Il laser da 10 kilowatt pulsa a una velocità di 25-28 volte al secondo. Pulsando, il laser continua a spingere l'imbarcazione verso l'alto. Il raggio di luce è focalizzato dallo specchio parabolico sul fondo del lightcraft, che riscalda l'aria fino a 18, 000 e 54, 000 gradi Fahrenheit (9, 982 e 29, 982 gradi Celsius) -- è parecchie volte più caldo della superficie del sole. Quando si riscalda l'aria a queste temperature elevate, viene convertito in uno stato di plasma:questo plasma poi esplode per spingere l'imbarcazione verso l'alto.
Tecnologie leggere, Inc., con la sponsorizzazione di FINDS - i voli precedenti erano stati finanziati dalla NASA e dalla U.S. Air Force - ha testato più volte un piccolo prototipo di velivolo leggero al Gamma di missili White Sands nel Nuovo Messico. Nell'ottobre 2000, la navicella leggera in miniatura, che ha un diametro di 4,8 pollici (12,2 cm) e pesa solo 1,76 once (50 grammi), raggiunto un'altitudine di 233 piedi (71 metri). A volte nel 2001, Lightcraft Technologies spera di inviare il prototipo di lightcraft fino a un'altitudine di circa 500 piedi. Sarà necessario un laser da 1 megawatt per mettere un satellite da un chilogrammo in un'orbita terrestre bassa. Sebbene il modello sia realizzato in alluminio aeronautico, il finale, il veicolo leggero a grandezza naturale sarà probabilmente costruito con carburo di silicio .
Questo laser potrebbe anche usare specchi, situato nel mestiere, per proiettare parte dell'energia del raggio davanti alla nave. Il calore del raggio laser creerebbe un picco d'aria che devierebbe parte dell'aria oltre la nave, diminuendo così la resistenza e riducendo la quantità di calore assorbita dal lightcraft.
I veicoli leggeri alimentati a microonde faranno affidamento su centrali elettriche orbitanti. Foto per gentile concessione della NASA Un altro sistema di propulsione considerato per una diversa classe di veicoli leggeri prevede l'uso delle microonde. L'energia a microonde è più economica dell'energia laser, e più facile da scalare a poteri superiori, ma richiederebbe una nave che ha un diametro maggiore. I Lightcraft progettati per questa propulsione sembrerebbero più dei dischi volanti (ora stiamo davvero entrando nel regno della fantascienza). Questa tecnologia impiegherà più anni per svilupparsi rispetto al veicolo leggero a propulsione laser, ma potrebbe portarci sui pianeti esterni. Gli sviluppatori immaginano anche migliaia di questi veicoli leggeri, alimentato da una flotta di centrali elettriche orbitanti, che sostituirà i viaggi aerei convenzionali.
Un lightcraft alimentato a microonde utilizzerà anche una fonte di alimentazione che non è integrata nella nave. Con il sistema di propulsione laser, la fonte di alimentazione è a terra. Il sistema di propulsione a microonde lo capovolgerà. La navicella spaziale a microonde farà affidamento sulla potenza trasmessa dall'orbita, centrali solari. Invece di essere allontanato dalla sua fonte di energia, la fonte di energia attirerà il veicolo di luce.
Prima che questa navicella a microonde possa volare, gli scienziati dovranno mettere in orbita una centrale solare con un diametro di 1 chilometro (0,62 miglia). Leik Myrabo , che guida la ricerca lightcraft, ritiene che una tale centrale elettrica potrebbe generare fino a 20 gigawatt di potenza. In orbita a 310 miglia (500 km) sopra la Terra, questa centrale elettrica trasmetterebbe energia a microonde a un 66 piedi (20 metri), veicolo leggero a forma di disco che sarebbe in grado di trasportare 12 persone. Milioni di minuscole antenne che coprono la parte superiore del velivolo convertirebbero le microonde in elettricità. In sole due orbite, la centrale sarebbe in grado di raccogliere 1, 800 gigajoule di energia e invia 4,3 gigawatt di potenza al veicolo leggero per il viaggio in orbita.
Il lightcraft a microonde sarebbe dotato di due potenti magneti e tre tipi di motori di propulsione. Celle solari, che copre la parte superiore della nave, verrebbe utilizzato dal veicolo leggero al momento del lancio per produrre elettricità. L'elettricità ionizzerà quindi l'aria e spingerà il velivolo a far salire i passeggeri. Una volta lanciato, il lightcraft a microonde ha usato il suo riflettore interno per riscaldare l'aria intorno ad esso e spingere attraverso la barriera del suono.
Una volta in alta quota, si inclinerebbe lateralmente per velocità ipersoniche. La metà della potenza delle microonde potrebbe quindi essere riflessa davanti alla nave per riscaldare l'aria e creare un picco d'aria, permettendo alla nave di tagliare l'aria fino a 25 volte la velocità del suono e volare in orbita. La velocità massima dell'imbarcazione raggiunge un picco di circa 50 volte la velocità del suono. L'altra metà della potenza delle microonde viene convertita in elettricità dalle antenne riceventi del velivolo, e utilizzato per alimentare i suoi due motori elettromagnetici. Questi motori quindi accelerano lo slip stream, o l'aria che scorre intorno all'imbarcazione. Accelerando lo slip stream, l'imbarcazione è in grado di annullare qualsiasi boom sonico, che rende il veicolo leggero completamente silenzioso a velocità supersoniche.
