Лазерный фотонный двигатель малой тяги — изобретение, которое стало продолжением идеи лазерного паруса многократного отражения. Как считают ученые, он сможет обеспечить соотношение тяги к мощности близкое к показателям традиционных аналогов таких, как электрические двигатели малой тяги или двигатели малой тяги с лазерной абляцией.
Ракеты с лазерной подпиткой
Двигатель использует лазер в качестве источника энергии, необходимой для импульса горючему, расположенному на борту космического корабля. Таким образом, энергия, необходимая для полета в космосе не ограничивается только химической энергией топлива.
Лазерный двигатель на основе теплообмена
Ракета с лазерным термодвигателем — разновидность ракет с термическим двигателем, у которых для нагрева топлива используется энергия, создаваемой лазерным лучом. В них твердый теплообменник нагревается лазером и превращает жидкое топливо в раскаленный газ, который выходит через обычные сопла.
Такой лазерный двигатель очень похож на ядерный или солнечный термический двигатель. Крупногабаритный теплообменник дает возможность без фокусировки оптики космического корабля светить лазером прямо на него. При этом может использоваться лазер с любой длиной волны, а КПД составляет почти 100%.
Однако материал теплообменника и потери излучения при относительно низких температурах (1000-2000 градусов Цельсия) являются ограничениями термического двигателя. Для достижения максимального импульса при этих температурах возможен при уменьшении молекулярной массы вещества-реагента и при наличии водородного топлива, которое обеспечивает требуемый импульс в течение 600-800 секунд. Это будет достаточно для того, чтобы одноступенчатая ракета смогла обогнуть низкую орбиту Земли.
Концепция такого двигателя была предложена в 1991 году Джордином Кэром в 1991 году, а позднее в 2001 году Кевин Паркин создал похожую конструкцию микроволнового двигателя. Оба изобретения были разработаны независимо друг от друга.
Абляционный лазерный двигатель
Эта разновидность двигателя на лучевой тяге предполагает использование лазера для воспламенения плазменного факела в металлическом топливе и создания тяги. Удельный импульс малых абляционных двигателей огромен и достигает 5000 секунд. Если аппарат с солнечным парусом, созданный Ликом Майрэбо, использует воздух и не может быть использован в космосе, то АЛД пригоден для полетов в безвоздушном пространстве.
Абляция происходит за счет воздействия лазера напрямую с твердой или жидкой поверхности. Длительность импульса определяет что будет происходить с веществом. Оно может быть просто нагрето, испарено или станет плазмой. При этом величина импульса колеблется от 200 до тысяч секунд.
Исследовательский центр в области ракетных двигателей при Университете Алабамы в Хантсвилле добился значительных успехов в области разработки АЛД.
В настоящее время лазерные двигатели находятся в тени, но могут стать темной лошадкой, которая станет фаворитом. Или может быть НАСА удаться создать двигатель на антиматерии?