光推進技術の概要

20年以上前、米国は「スターウォーズ」と呼ばれるミサイル防衛システムの開発を始めた。このシステムは、他国が発射したミサイルを追跡し、レーザーを使って撃墜することを目的としている。このシステムは戦争のために設計されていますが、研究者はこれらの高出力レーザーには他にも多くの用途があることを発見しました。実際、宇宙船を軌道や他の星に推進するためにレーザーが使われる日があります。

人類は現在スペースシャトルを使って宇宙に飛んでいるが、スペースシャトルは打ち上げられ、燃料を何トンも積み込むほか、巨大なロケットブースターを2つ縛らなければならない。レーザーはエンジニアがエネルギーを積載する必要のない軽宇宙船を開発することができる。光船自体はエンジンとして働くことができますが、燃料は光--宇宙で最も豊富なエネルギーです。

光推進器の基本原理は陸基レーザーで空気を加熱し、爆発させ、宇宙船を推進することです。もし効菓があれば、光推進器は化学ロケットエンジンより数千倍軽く、効率が数千倍高いだけでなく、何の汚染ももたらしません。本博聞網の記事では、この先進的な推進システムの2つのバージョンを理解します。1つは5時間半で地球から月に連れて行くことができ、もう1つは「光路」に沿って太陽係の旅をすることができます。

光推進ロケットはSF小説の宇宙船のように聞こえる--レーザービームに乗って宇宙に入り、推進剤を少量か積載する必要がなく、汚染もない。これは不思議なようです。人類はまだそれに近い設備を開発していないので、地球上の通常の地上や空中旅行に使用することができます。この目標を実現するにはまだ15~30年かかるかもしれないが、光船を建造する原理は何度も実験に成功した。Lightcraft Technologiesという会社は、レンスラ理工学院（ニューヨークトロイ市）から始まった研究を改善し続けています。

光船の基本原理は非常に簡単です。どんぐり飛行機は鏡を利用して入射励起ビームを受け取り、集束して空気を加熱し、爆発させ、飛行機を推進します。以下に、この革命的推進システムの基本的なコンポーネントを示します。

二酸化炭素レーザー--Lightcraft Technologiesはパルスレーザー損傷試験システム（PLVTS）を使用しており、スターウォーズ防御計画の産物である。試験光船は現在10キロワットのパルスレーザーを使用しており、世界で最も電力の大きいレーザーの一つでもある。

放物柱麺鏡-宇宙船の底部は鏡であり、レーザービームをエンジン吸気口や機上推進剤に集束することができる。望遠鏡のように見える鏡は、レーザービームを光船に導くための二次地上ベース送信機としても機能しています。

吸収室-吸気を吸収室に導入し、レーザービームで加熱膨張し、光船を推進する。

機械搭載水素-大気が薄すぎて、十分な空気を提供できない場合、少量の水素推進剤がロケットの推力を提供する必要があります。

光船が発射される前に圧縮空気が噴射され、これらの空気は約10000回転/分（rpm）の速度で回転します。この回転はジャイロ式安定航空機にとって非常に必要である。アメリカンフットボールを例にとると、より正確にパスするために、クォーターバックはボールを蹴るときに回転します。このような極めて軽い航空機に回転を加えると、空気をより安定して通過させることができます。

光ボートが最適な速度で回転すると、レーザーが開き、光ボートを空中に押し出す。10 kWレーザの送信パルスの週波数は25~28回/秒である。パルスを発射することによって、レーザーは飛行機を上に押し続けます。ビームは航空機の底部の放物柱麺鏡によって焦点を合わせ、空気を9982~9982℃に加熱し、太陽表麺の温度よりも数倍高い。空気は高温でプラズマ状態になり、プラズマが爆発し、飛行機を上に推進します。

Lightcraft Technologies社はFINDSの協賛を得て（早期飛行は米国宇宙局と米国空軍が援助した）、ニューメキシコ州の白砂ミサイル試験場で小型光船試作機に対して何度かテストを行った。2000年10月、直径12.2センチ、重量わずか50グラムの小型光船は71メートルの高さに達した。Lightcraft Technologiesは、2001年にこの光船試作機を150メートル以上の高さに送信することを望んでいます。1キロの衛星を低地球軌道に送るには1メガワットのレーザーが必要だ。このモデルは航空機のアルミニウムで作られていますが、最終的な標準光船は炭化ケイ素で作られる可能性があります。

このレーザー光船は鏡を用いて、光船内に取り付け、宇宙船の前方の光束エネルギーを投射することもできる。レーザービームからの熱は空気釘を形成し、宇宙船の週りの空気を方向転換させ、抵抗を減らすことができ、光船が吸収する熱を減らすことができる。

現在、別の推進システムを光船に使用することを検討している人がいますが、マイクロ波に関連しています。マイクロ波エネルギーはレーザーエネルギーよりも安価で、高い動力にアップグレードしやすいが、直径の大きい宇宙船が必要だ。このような推進器のために設計された光船はUFOのように見えます（実際にはSFを現実に変えつつあります）。レーザー推進光船に比べて、この技術を開発するにはもっと長い時間がかかりますが、外惑星に連れて行ってくれます。開発者はまた、数千機のこの光船を建造し、1隊の軌道発電所が動力を提供し、伝統的な航空機に取って代わることを想定している。

マイクロ波動力光船は宇宙船以外のエネルギーを利用することもできる。レーザー動力推進システムを使用する場合、エネルギーは地上にあります。マイクロ波推進システムは逆です。マイクロ波推進宇宙船は軌道太陽光発電所が下に送る動力に依存する。エネルギーは光船から押し出すのではなく、それを近づける。

マイクロ波光船を飛行させるには、科学者はまず軌道に直径1キロの太陽光発電所を設置しなければならない。光船の研究をリードするLeik Myraboは、このような発電所が20ギガワットまでの動力を発生できると考えています。この発電所は地球上空500キロの軌道に沿って運行し、直径20メートル、12人を搭載できる光船にマイクロ波エネルギーを送信する。航空機の上部には数百万個の小さなアンテナが覆われており、マイクロ波を電流に変換することができます。2つの軌道だけで、発電所は1800ギガジュールのエネルギーを集め、光船に4.3ギガワットの動力を送り、軌道に入ることができます。

このマイクロ波光船には2つの強力な磁石と3つの推進エンジンが搭載されています。光船が離陸すると、上部に覆われた太陽電池を利用して電流が発生します。電流は空気をイオン化し、飛行機を推進します。離陸すると、マイクロ波光船は内部反射器で週囲の空気を加熱し、音響障害を通過します。

一定の高さに上昇すると、光船はすぐに一辺に傾斜し、超音速を得る。そして、半分のマイクロ波動力が光船の前方で反射され、空気を加熱して空気釘を形成し、宇宙船を25倍の音速で空気を通過させ、軌道に飛び込む。この飛行機の最高速度は音速の約50倍だ。もう半分のマイクロ波動力は、航空機の受信アンテナから電流に変換され、2つの電磁エンジンに電力を供給するために使用されます。そして、2つのエンジンは滑流（つまり、航空機の週囲を流れる空気）を加速します。滑流を加速させることで、航空機はすべての音震動を相殺し、光船を静かに超音速で飛行させることができる。