Strona główna » Napęd fotonowy

Napęd fotonowy

Autor: Karol Perz
118 odsłon

Ciśnienie światła jest zjawiskiem potwierdzonym doświadczalnie. Siły, które towarzyszą temu zjawisku są niezwykle małe. Dla porównania – ciśnienie promieniowania słonecznego w odległości Ziemi od Słońca osadzone jest w granicach od 4,7 do 9,4 x 10-7 kg/m2. Natomiast sama zmiana wielkości ciśnienia promieni świetlnych jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od źródła promieniowania. Istnieją jednak sposoby, aby tak małą siłę zwiększyć oraz uczynić ją bardziej użyteczną.

Wiązka laserowa odbita od „lustra”

Jednym z hipotetycznych rozwiązań byłoby umieszczenie źródła promieniowania fotonowego w postaci np. stacjonarnego lasera, relatywnie blisko naszego mechanizmu przekształcającego ciśnienie światła na pęd naszej rakiety.   Potencjalnymi miejscami mogłyby być chociażby Księżyc czy Mars. Rozwiązanie to faktycznie zwiększałoby ciśnienie promieniowania fotonowego, gdyby nie fakt, że według szacunków moc takiego lasera musiałaby być tysiąckrotnie większa od mocy typowego lasera działającego na Ziemi. Drugim hipotetycznym rozwiązaniem jest zastosowanie modelu hybrydowego naszej rakiety. Wiąże się to z zastosowaniem promieniowania fotonowego jako głównego źródła napędu z dodatkiem innego – które opisywałem już w poprzednich artykułach, do których zapraszam (np. chemicznego, niechemicznego). Z kolei trzecim rozwiązaniem według naukowców, byłaby budowa silników fotonowych posiadających własne źródła promieniowania. Pomijając aspekty technologiczne, zasada działania w głównej mierze miałaby opierać się na całkowitej (diabatycznej), lub częściowej (adiabatycznej) przemianie substancji napędowej na ogólnie pojęte światło (energię promieniowania fotonowego). Oczywiście rozważania te są czysto teoretyczne i określenie faktycznego rozwiązania, które ostatecznie będzie stosowane w tego typu napędzie jest bardzo trudne. Jednak każde z tych rozwiązań, ma przed sobą przyszłość.

Silnik fotonowy

Schemat hipotetycznego silnika fotonowego z generacją światła na drodze anihilacji materii: 1 – zapas materii, 2 – zapas antymaterii, 3 – urządzenie dozujące, 4 – strefa anihilacji energii, 5 – zwierciadło promieniowania fotonowego, 6 – osłona biologiczna

Anihilacja to definicyjne proces prowadzący do całkowitej destrukcji materii posiadającej masę. Czyli oddziaływanie cząstki elementarnej (podstawowej) z odpowiadającą jej antycząsteczką. Proces ten prowadzi do zamiany materii i antymaterii na fotony. Jak wynika z zasady zachowania pędu niemożliwym jest powstanie tylko jednego fotonu, musi być co najmniej para, których energia równoważna jest masie naszej cząstki i antycząstki. Wynika to ze wzoru E=mc2

Proces anihilacji (fot. Energywavetheory)

Z powyższej definicji widać, że proces anihilacji jest procesem, który bardzo dobrze wpisuje się w ramy zasady działania naszego silnika. Duża liczba fotonów jest jak najbardziej mile widziana. Im bardziej ukierunkowany strumień fotonów – tym lepiej.

            Rys. 4 przestawia hipotetyczny silnik fotonowy z generacją światła na drodze anihilacji materii. Polega on na dostarczaniu materii i antymaterii ze zbiorników przez urządzenie dozujące do strefy anihilacji energii. W miejscu anihilacji dochodzi do procesu zamiany masy na energię promieniowania fotonowego. Promieniowanie to wywiera parcie na zwierciadło powodując wypadkową sił, która stanowi nasz napęd. Niestety ogromnym minusem tego silnika jest brak technologicznych możliwości prawidłowego przeprowadzania procesu anihilacji materii. Dochodzi tutaj do niecałkowitego procesu, powodującego bardzo znaczące straty.

Y.K.BAE

Firma założona w roku 2007 roku, zajmująca się realizacją next-genowych technologii kosmicznych – w tym napędem fotonowym. W 2015 roku z powodzeniem zaprezentowali projekt o nazwie PLT „Photonic Laser Thruster”. Jego zasada nie opiera się na podgrzaniu materiałów pędnych lecz na wygenerowaniu wzmocnionego ciągu fotonowego powodującego wywieranie nacisku. Maksymalny ciąg jaki udało się osiągnąć wynosił 1,1 mN. Siła nacisku może nie jest imponująca pod względem rzędu wielkości, jednak patrząc na innowacyjność i nowość tej technologii, możemy myśleć pozytywnie. Oprócz wygenerowania ciągu, kolejnym sukcesem okazało się przesunięcie platformy (w której zredukowano maksymalnie tarcie powierzchniowe, poprzez wytworzenie poduszki powietrznej) o 2 metry.

http://ykbcorp.com/?page_id=57

            Sama firma mówi o znaczącym spadku zużycia paliwa w szerokim zakresie operacji kosmicznych kiedy dojdzie już do powszechnego użytku tychże silników. Silniki te planowo mogą być używane chociażby do precyzyjnego formownia ułożenia satelitów na orbicie, zmiany orbity, utrzymywania orbit, dokowania i pewnie znajdą jeszcze wiele innych zastosowań.

            Y.K.BAE opracowuje jednocześnie różne rodzaje silników fotonowych. PLT-C: Continuous-Operation Photonic Laser Thruster, generujący stały ciąg na poziomie 3,5 mN, czy też PLT-P: Pulsed-Operation Photonic Laser Thruster, który jest w stanie kontrolować ciąg w zakresie czasowym od sekund do godzin. Daje to nam bardzo duże pole manewru.

PLT-C

PLT-P

Źródło:

http://ykbcorp.com/?page_id=29

https://pl.wikipedia.org/wiki/Anihilacja

Space vehicles propulsion some concept in reality and fiction – Cezary Szczepaniak

https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/7005/700510/First-demonstration-of-photonic-laser-thruster-PLT/10.1117/12.782595.short?SSO=1

0 komentarz

Również mogą Ci się spodobać

Umieść komentarz

Ta strona korzysta z plików cookie, aby poprawić korzystanie z naszego portalu. Zakładamy, że nie masz nic przeciwko, ale możesz zrezygnować, jeśli tylko chcesz. Akceptuj Czytaj więcej