محققان دانشگاه مکگیل (McGill University) کانادا برای فرستادن یک فضاپیما به مریخ، استفاده از لیزر را طی طرح پیشران لیزری-حرارتی (Laser-Thermal Propulsion) به جای استفاده از پیشران شیمیایی پیشنهاد کردند. این لیزر، پلاسمای هیدروژن را در محفظهای پشت فضاپیما گرم میکند و با ایجاد نیروی پیشرانشی از گاز هیدروژن، فضاپیما را تنها در ۴۵ روز به مریخ میفرستد. این در حالی است که پیشبینی میشود سفر به مریخ با حاملهای فضایی شرکت اسپیسایکس (SpaceX) که پیشران شیمیایی دارند، شش ماه به طول بینجامد.
در همین رابطه بخوانید: آیا سفر به مریخ روند پیری را تسریع میکند؟
این پروژه در پاسخ به چالش ناسا مطرح شد که طی آن مهندسان باید ماموریتی برای رساندن حداقل هزار کیلوگرم محموله در کمتر از ۴۵ روز به مریخ و همچنین انجام سفرهای طولانیتر به فضا و خارج از منظومه شمسی طراحی میکردند. ناسا به دنبال کوتاه کردن زمان سفرهایی فضایی است تا محمولهها و انسانها را با حداقل زمان قرار گرفتن در معرض پرتوهای مخرب کیهانی و طوفانهای خورشیدی به مریخ بفرستد.
طرح پیشران لیزری-حرارتی، متکی بر آرایهای از لیزرهای مادون قرمز در زمین است که قطری برابر با ۱۰ متر دارند. این آرایهها بسیاری از پرتوهای نامرئی را که هر یک دارای طول موجی در حدود یک میکرون (یک هزارم میلیمتر) هستند، برای رسیدن به قدرت ۱۰۰ مگاوات با هم ترکیب میکنند.
محموله مورد نظر در مداری بیضی شکل به دور زمین میچرخد و یک بازتابنده خواهد داشت. این بازتابنده، پرتوی لیزری را که از زمین میآید به سمت محفظه گرمایشی حاوی پلاسمای هیدروژن هدایت میکند. با گرم شدن هسته آن تا دمای بیش از ۳۹ هزار درجه سانتیگراد، گاز هیدروژنی که در اطراف هسته جریان دارد به دمای بیش از ۹ هزار درجه سانتیگراد میرسد. سپس گاز مذکور از یک نازل خارج شده و نیروی رانشی را ایجاد میکند تا فضاپیما را طی ۵۸ دقیقه از زمین دور کند.
با توقف تابش لیزر، محموله با سرعت تقریبا ۱۷ کیلومتر بر ثانیه از زمین دور میشود و حتی وقتی با گذشت یک ماه و نیم به جو مریخ میرسد، همچنان همان سرعت را دارد. البته پس از رسیدن به سیاره سرخ، قرار دادن محموله در مدار مریخ مشکلی بزرگ پیش روی تیم مهندسان است که باید برای آن راهحلی پیدا کنند.
این موضوع از آن جهت دشوار است که فضاپیما نمیتواند برای کاهش سرعت با خود سوخت شیمیایی حمل کند؛ زیرا همراه داشتن سوخت، باعث کاهش حجم محموله به تنها شش درصد از میزان اولیه میشود. تا زمانی که انسانها یک آرایه لیزری مشابه در مریخ بسازند، مانوری موسوم به ائروکپچر (Aerocapture) تنها راه برای کاهش سرعت هنگام رسیدن به مریخ است. طی این مانور فضاپیما از کشش آیرودینامیکی با گذر از جو سیاره استفاده میکند تا سرعت خود را کاهش دهد و به مدار ورودی مورد نظر برسد. انجام این ماموریت نیز کار دشواری است، زیرا در این حالت فضاپیما نیرویی معادل ۸ برابر گرانش زمین را تجربه خواهد کرد.
یکی از مزایای طرح پیشران لیزری-حرارتی، نسبت بسیار پایین توان به وزن است که علت آن باقی ماندن منبع نیرو در زمین است. به گفته محققان، ماموریت با این فناوری ممکن است ۱۰ سال پس از انجام اولین سفر انسان به مریخ، یعنی حدود سال ۲۰۴۰ انجام شود.