Balken-angetriebener Antrieb ist eine Klasse des Flugzeuges oder der Raumfahrzeugantrieb-Mechanismen, die Energie verwenden, die am Raumfahrzeug von einem entfernten Kraftwerk gestrahlt ist, um Energie zur Verfügung zu stellen. Die meisten Designs sind Raketentriebwerke, wo die Energie durch den Balken zur Verfügung gestellt wird und verwendet wird, um Treibgas zu überhitzen, das dann Antrieb zur Verfügung stellt, obwohl einige Antrieb direkt vom leichten Druck erhalten, der einer leichten Segel-Struktur folgt, und bei der niedrigen Höhe-Heizung Luft Extrastoß gibt.

Der Balken würde normalerweise entweder ein Balken von Mikrowellen oder einem Laser sein. Laser werden entweder in unterteilt haben pulsiert oder in dauernd hat gestrahlt.

Die Faustregel, die gewöhnlich angesetzt wird, besteht darin, dass es ein Megawatt der Macht nimmt, die zu einem Fahrzeug pro Kg der Nutzlast gestrahlt ist, während es beschleunigt wird, um ihm zu erlauben, niedrige Erdbahn zu erreichen.

Anders als Stapellauf, um zu umkreisen, sind Anwendungen dafür, die Welt zu bewegen, auch schnell vorgeschlagen worden.

Hintergrund

Raketen sind Schwung-Maschinen; sie verwenden aus der Rakete vertriebene Masse, um Schwung der Rakete zur Verfügung zu stellen. Schwung ist das Produkt der Masse und Geschwindigkeit, so versuchen Raketen allgemein, so viel Geschwindigkeit in ihre Arbeitsmasse wie möglich zu stellen, dadurch den Betrag der Arbeitsmasse minimierend, die erforderlich ist. Um die Arbeitsmasse zu beschleunigen, ist Energie erforderlich. In einer herkömmlichen Rakete wird der Brennstoff chemisch verbunden, um die Energie zur Verfügung zu stellen, und die resultierenden Kraftstoffprodukte, die Asche oder auszuströmen, werden als die Arbeitsmasse verwendet.

Es gibt keinen besonderen Grund, warum derselbe Brennstoff sowohl für die Energie als auch für den Schwung verwendet werden muss. Im Düsenantrieb, zum Beispiel, wird der Brennstoff nur verwendet, um Energie zu erzeugen, die Arbeitsmasse wird von der Luft zur Verfügung gestellt, dass das Strahlflugzeug durch fliegt. In modernen Düsenantrieben ist der Betrag von angetriebener Luft viel größer als der Betrag von für die Energie verwendeter Luft, Umleitungsverhältnisse 10 bis 1 oder größer sind typisch. Das ist nicht eine Lösung für die Rakete jedoch, weil sie schnell auf Höhen klettern, wo die Luft zu dünn ist, um als eine Quelle der Arbeitsmasse nützlich zu sein.

Raketen können jedoch ihre Arbeitsmasse tragen und eine andere Energiequelle verwenden. Das Problem findet eine Energiequelle mit einem Verhältnis der Macht zum Gewicht, das sich mit chemischen Brennstoffen bewirbt. Kleine Kernreaktoren können sich in dieser Beziehung bewerben, und die beträchtliche Arbeit am Kernthermalantrieb wurde in den 1960er Jahren ausgeführt, aber Umweltsorgen und steigende Kosten haben zum Ende der meisten dieser Programme geführt.

Eine weitere Verbesserung kann durch das Entfernen der Energieentwicklung von vom Raumfahrzeug völlig gebildet werden. Wenn der Kernreaktor auf dem Boden und seiner dem Raumfahrzeug übersandten Energie verlassen wird, wird das Gewicht des Reaktors ebenso entfernt. Das Problem soll dann die Energie ins Raumfahrzeug bekommen. Das ist die Idee hinter der ausgestrahlten Macht.

Thermalantrieb

Mit dem ausgestrahlten Antrieb kann man die Macht-Quelle stationär auf dem Boden, und direkt verlassen (oder über einen Hitzeex-Wechsler) heizen Treibgas auf dem Raumfahrzeug mit einer Maser oder einem Laserbalken von einer festen Installation. Das erlaubt dem Raumfahrzeug, seine Macht-Quelle zuhause zu verlassen, bedeutende Beträge der Masse sparend, außerordentlich Leistung verbessernd.

Da ein Laser Treibgas zu äußerst hohen Temperaturen heizen kann, verbessert das potenziell außerordentlich die Leistungsfähigkeit einer Rakete, als ausströmen, ist Geschwindigkeit zur Quadratwurzel der Temperatur proportional. Normale chemische Raketen ließen eine Auspuffgeschwindigkeit durch den festen Betrag der Energie in den Treibgasen beschränken, aber haben gestrahlt Antrieb-Systeme haben keine besondere theoretische Grenze (obwohl in der Praxis es gibt Temperaturgrenzen).

Außerdem können Mikrowellen verwendet werden, um einen passenden Hitzeex-Wechsler zu heizen, der der Reihe nach ein Treibgas (sehr normalerweise Wasserstoff) heizt. Das kann eine Kombination des hohen spezifischen Impulses (700-900 Sekunden) sowie gutes Verhältnis des Stoßes/Gewichts (50-150) geben.

Eine Schwankung, die von Brüdern James Benford und Gregory Benford entwickelt ist, soll thermischen desorption von im Material eines sehr großen Mikrowellensegels gefangenem Treibgas verwenden. Das erzeugt eine sehr hohe Beschleunigung im Vergleich zu gestoßenen Segeln der Mikrowelle allein.

Elektrischer Antrieb

Einige vorgeschlagene Raumfahrzeugantrieb-Mechanismen verwenden Macht in der Form der Elektrizität. Gewöhnlich nehmen diese Schemas entweder Sonnenkollektoren oder einen Reaktor an Bord an. Jedoch sind beide Macht-Quellen schwer.

Der ausgestrahlte Antrieb in der Form des Lasers kann verwendet werden, um Macht zu einer photovoltaic Tafel für den elektrischen Laserantrieb zu senden. In diesem System ist das sorgfältige Design der Tafeln notwendig, weil die Extramacht dazu neigt, eine Verminderung der Umwandlungsleistungsfähigkeit wegen der Heizung von Effekten zu verursachen.

Ein Mikrowellenbalken konnte verwendet werden, um Macht zu einem rectenna für den elektrischen Mikrowellenantrieb zu senden. Mikrowellensendungsmacht ist mehrere Male praktisch demonstriert worden (z.B. Goldstone, Kalifornien 1974), sind rectennas potenziell leicht und können hohe Macht an der hohen Umwandlungsleistungsfähigkeit behandeln. Jedoch neigen rectennas dazu, für einen bedeutenden Betrag der Macht sehr groß sein zu müssen, gewonnen zu werden.

Direkter Impuls

Ein Balken konnte auch verwendet werden, um Impuls durch das direkte "Stoßen" auf dem Segel zur Verfügung zu stellen.

Ein Beispiel davon würde ein Sonnensegel verwenden, um einen Laserbalken zu widerspiegeln. Dieses Konzept, genannt einen lasergestoßenen lightsail, wurde vom Physiker Robert L. Forward 1989 als eine Methode des Interstellaren Reisens analysiert, das äußerst hohe Massenverhältnisse vermeiden würde, indem es Brennstoff nicht getragen wird. Seine Arbeit hat einen von Marx am Anfang gemachten Vorschlag ausführlich behandelt. Die weitere Analyse des Konzepts wurde von Landis, Mallove und Matloff, Andrews und anderen getan.

In einer späteren Zeitung, Schicken Sie das vorgeschlagene Stoßen eines Segels mit einem Mikrowellenbalken Nach. Das hat den Vorteil, dass das Segel keine dauernde Oberfläche zu sein braucht. Schicken Sie nach hat seinen Vorschlag für ein ultraleichtes Segel "Starwisp" markiert. Eine spätere Analyse durch Landis hat darauf hingewiesen, dass das Konzept von Starwisp, wie ursprünglich vorgeschlagen, durch den Fortgeschrittenen nicht arbeiten würde, aber Schwankungen auf dem Vorschlag setzen fort, vorgeschlagen zu werden.

Der Balken muss ein großes Diameter haben, so dass nur ein kleine Teil des Balkens das Segel wegen der Beugung verpasst und die Laser- oder Mikrowellenantenne eine gute hinweisende Stabilität haben muss, so dass das Handwerk seine Segel schnell genug kippen kann, um dem Zentrum des Balkens zu folgen. Das wird wichtiger, wenn es vom interplanetarischen Reisen bis interstellares Reisen geht, und wenn es von einer Luftparade-Mission zu einer Landungsmission zu einer Rückmission geht. Der Laser oder der Mikrowellenabsender würden wahrscheinlich eine große aufeinander abgestimmte Reihe von kleinen Geräten sein, die ihre Energie direkt von der Sonnenstrahlung bekommen. Die Größe der Reihe obsoletes jede Linse oder Spiegel.

Ein anderes Balken-gestoßenes Konzept würde ein magnetisches Segel oder MMPP-Segel verwenden sollen, um einen Balken von beladenen Partikeln von einem Partikel-Gaspedal oder Plasmastrahl abzulenken. Jordin Kare hat eine Variante dem vorgeschlagen, wodurch sich ein "Balken" des kleinen Lasers beschleunigt hat, würden leichte Segel Schwung einem magsail Fahrzeug übertragen.

Ein anderes Balken-gestoßenes Konzept verwendet gewöhnliche Sache und Arbeiten im Vakuum. Die Sache von einem stationären Massenfahrer wird durch das Raumfahrzeug, vgl den Massentreiber "widerspiegelt". Das Raumfahrzeug weder braucht Energie noch Reaktionsmasse für den Antrieb seines eigenen.

Vorgeschlagene Systeme

Lightcraft

Ein lightcraft ist ein Fahrzeug zurzeit unter der Entwicklung, die eine pulsierte Außenquelle der Laser- oder Maser-Energie verwendet, Macht zur Verfügung zu stellen, um Stoß zu erzeugen.

Der Laser scheint auf einem parabolischen Reflektor auf der Unterseite des Fahrzeugs, das das Licht konzentriert, um ein Gebiet der äußerst hohen Temperatur zu erzeugen. Die Luft in diesem Gebiet wird geheizt und breitet sich gewaltsam aus, Stoß mit jedem Puls des Laserlichtes erzeugend. Im Raum würde ein lightcraft dieses Benzin selbst von Zisternen an Bord oder von einem Ablativfestkörper zur Verfügung stellen müssen. Durch das Verlassen der Macht-Quelle des Fahrzeugs auf dem Boden und durch das Verwenden der umgebenden Atmosphäre als Reaktionsmasse für viel von seinem Aufstieg würde ein lightcraft dazu fähig sein, einen sehr großen Prozentsatz seiner Start-Masse zu liefern, um zu umkreisen. Es konnte auch potenziell sehr preiswert sein zu verfertigen.

Prüfung

Früh am Morgen vom 2. Oktober 2000 an High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF) hat Lightcraft Technologies, Inc. (LTI) mit der Hilfe von Franklin B. Mead von amerikanischem Air Force Research Laboratory und Leik Myrabo einen neuen Höhe-Rekord in der Welt von 233 Fuß (71 m) für sein 4.8 Zoll (12.2 Cm) Diameter, lasererhöhte Rakete in einem Flug gebrochen, der 12.7 Sekunden dauert. Obwohl viel vom Flug der 8:35 Uhr ausgegeben wurde, an 230 + Füße schwankend, hat Lightcraft eine Weltaufzeichnung für den längsten jemals laserangetriebenen Freiflug und die größte "Sendezeit" (d. h., launch-to-landing/recovery) von einem Licht-angetriebenen Gegenstand verdient. Das ist mit dem ersten Probeflug von Robert Goddard seines Rakete-Designs vergleichbar. Die Erhöhung der Lasermacht zu 100 Kilowatt wird Flügen bis zu eine 30-Kilometer-Höhe ermöglichen. Ihre Absicht ist, einen Ein-Kilogramm-Mikrosatelliten in die niedrige Erdbahn mit einem einzeln angefertigten, Boden-basierten Ein-Megawatt-Laser zu beschleunigen. Solch ein System würde so etwa den Wert von 20 Dollar der Elektrizität verwenden, Start-Kosten pro Kilogramm zu oft weniger legend, als aktuelle Start-Kosten (die in Tausenden von Dollars gemessen werden).

"Das lightcraft" Design von Myrabo ist ein reflektierendes trichterförmiges Handwerk, das Kanäle vom Laser zum Zentrum mit einer reflektierenden parabolischen Oberfläche heizen, die den Laser veranlasst, die Luft darunter wörtlich zu sprengen, Heben erzeugend. Reflektierende Oberflächen im Handwerk stellen den Balken in einen Ring ein, wo es Luft zu einer Temperatur heizt, die fast fünfmal heißer ist als die Oberfläche der Sonne, die Luft veranlassend, sich explosiv für den Stoß auszubreiten.

Das Hitzeex-Wechsler-System von Jordin Kare

Jordin Kare hat ein einfacheres, näheres Begriff-Konzept vorgeschlagen, das eine Rakete hat, die flüssigen Wasserstoff und Wasser enthält. Das Treibgas wird in einem Hitzeex-Wechsler geheizt, auf dem der Laserbalken vor dem Verlassen des Fahrzeugs über eine herkömmliche Schnauze scheint. Dieses Konzept kann dauernde Balken-Laser verwenden, und die Halbleiter-Laser werden jetzt wirksam für diese Anwendung gekostet.

Kevin L. Parkin hat ein ähnliches System mit Mikrowellen vorgeschlagen.

Nichtraumfahrzeuganwendungen

1964 hat William C. Brown einen mit einer Kombinationsantenne ausgestatteten Miniaturhubschrauber demonstriert, und Berichtiger-Gerät hat einen rectenna genannt. Der rectenna hat Mikrowellenmacht in die Elektrizität umgewandelt, dem Hubschrauber erlaubend, zu fliegen.

2002 hat eine japanische Gruppe ein winziges Aluminiumflugzeug angetrieben, indem sie einen Laser verwendet hat, um ein Wassertröpfchen zu verdunsten, das sich daran, festhält, und 2003 sind Forscher von NASA 11 Unzen (312 g) Musterflugzeug mit einem Propeller geflogen, der mit durch einen Laser illuminierten Sonnenkollektoren angetrieben ist. Es ist möglich, dass solcher Balken-angetriebener Antrieb für das entmannte Flugzeug der langfristigen hohen Höhe oder Ballons, vielleicht entworfen nützlich sein konnte, um als Nachrichtenrelais oder Kontrolle-Plattformen zu dienen.

Ein "Laserbesen" ist vorgeschlagen worden, um Raumschutt aus der Erdbahn zu kehren. Das ist ein anderer vorgeschlagener Gebrauch des Balken-angetriebenen Antriebs, der auf Gegenständen verwendet ist, die nicht entworfen wurden, um dadurch, zum Beispiel kleine Stücke des Stückes abgeschlagene ("abgesplitterte") Satelliten angetrieben zu werden. Die Technik-Arbeiten seit der Lasermacht ablates eine Seite des Gegenstands, einen Impuls gebend, der die Seltsamkeit der Bahn des Gegenstands ändert. Die Bahn würde dann die Atmosphäre durchschneiden und ausbrennen.

Siehe auch

• Balken-Macht-Herausforderung — eine der Hundertjahrfeier-Herausforderungen von NASA
• MagBeam

Raumfahrzeugantrieb

• Fluch der dünn gemachten Reihe
• Laserantrieb
• Liste von Laserartikeln

Liste von Plasma (Physik) Artikel

Außenverbindungen

• Amerikanisches Institut für den ausgestrahlten Energieantrieb
• Feine Einstimmung der interstellare Lightsail
• Wie Zeug-Arbeiten: leichter Antrieb
• Einstiegsseite von Lightcraft Technologies