เครื่องยนต์ขับดันพลังเลเซอร์-ความร้อน อาจช่วยย่นเวลาเดินทางจากโลกไปดาวอังคารเหลือ 45 วัน
ที่มาของภาพ, DUPLAY ET AL.
สหรัฐฯ และจีนมีแผนจะส่งมนุษย์อวกาศไปยังดาวอังคารให้ได้ ภายในระยะเวลาสิบปีข้างหน้านี้ แต่สิ่งหนึ่งที่ยังคงเป็นอุปสรรคต่อการสำรวจและตั้งอาณานิคมถาวรบนดาวอังคาร ก็คือระยะทางที่ห่างไกลระหว่างโลกกับดาวเคราะห์สีแดง ซึ่งปัจจุบันจะต้องใช้เวลาราว 6-9 เดือนในการเดินทาง หากยานอวกาศใช้เทคโนโลยีเครื่องยนต์ขับดันแบบที่มีอยู่ในขณะนี้
เพื่อให้การเดินทางระหว่างดวงดาวใช้เวลาน้อยลง จนสามารถขนส่งผู้คนและวัสดุต่าง ๆ ไปต่อยอดการสำรวจได้อย่างรวดเร็วและบ่อยครั้งขึ้น ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัยแม็กกิลล์ (McGill University) ของแคนาดา ได้ออกแบบและประเมินศักยภาพของระบบขับดันเลเซอร์-ความร้อน (Laser-thermal propulsion system) ซึ่งใช้เลเซอร์ยิงให้ความร้อนกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน จนพบว่าระบบดังกล่าวสามารถนำยานอวกาศไปถึงดาวอังคารได้ ภายในเวลา 45 วันเท่านั้น
รายงานวิจัยข้างต้นซึ่งกำลังรอการพิจารณาเพื่อตีพิมพ์ในวารสาร Astronomy & Astrophysics ระบุว่าเครื่องยนต์ขับดันที่ออกแบบมาในครั้งนี้ สามารถทำให้ยานอวกาศที่บรรทุกสัมภาระหนัก 1 ตัน เร่งความเร็วขึ้นเป็น 17 กิโลเมตรต่อวินาทีได้ หลังจากทะยานขึ้นไปถึงวงโคจรระดับกลางของโลกแล้ว
สำหรับการทำงานของระบบขับดันดังกล่าว จะใช้แผงยิงเลเซอร์ขนาดใหญ่บนพื้นโลกที่มีความกว้างราว 10 เมตร หรือเท่ากับสนามวอลเลย์บอล ยิงลำแสงเลเซอร์อินฟราเรดขึ้นไปยังห้องเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจนของยานที่อยู่ในอวกาศ โดยมีแผ่นสะท้อนแสงเลเซอร์บนตัวยานคอยปรับให้ยิงได้ตรงตำแหน่ง ทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นพลาสมาร้อนที่มีอุณหภูมิสูงถึง 40,000 เคลวิน
ไอพ่นขับดันพลังสูงที่เกิดขึ้นจากพลาสมาร้อน จะส่งให้ยานที่ยังอยู่ในห้วงอวกาศใกล้โลก ทะยานออกพ้นขอบเขตวงโคจรของดวงจันทร์ได้ภายใน 8 ชั่วโมงเท่านั้น โดยยานจะคงความเร็วอยู่ที่ระดับ 16-17 กิโลเมตรต่อวินาที จนไปถึงดาวอังคารได้ภายในระยะเวลาหนึ่งเดือนครึ่ง
ที่มาของภาพ, NASA
ส่วนการลงจอดนั้นอาจมีความยากลำบากอยู่ในระยะแรก เพราะยังไม่มีการติดตั้งระบบที่ใช้เลเซอร์ชะลอความเร็วของยานบนดาวอังคาร ทั้งไม่สามารถติดตั้งเครื่องยนต์จรวดชะลอความเร็วตามปกติได้ เพราะจะทำให้ยานมีน้ำหนักมากเกินพิกัดที่กำหนดไว้ ทีมวิศวกรผู้ออกแบบจึงคาดว่าจะต้องใช้วิธีแอโรเบรกกิง (Aerobreaking) หรือใช้แรงเสียดทานจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ร่วมกับการปรับวิถีโคจรของยานให้ชะลอความเร็วลง เพื่อให้สามารถลงจอดได้ในที่สุด
เอ็มมานูเอล ดูเพลย์ วิศวกรผู้นำทีมวิจัยบอกว่า "ข้อดีของระบบขับดันนี้ก็คือ อุปกรณ์กำเนิดพลังงานส่วนหนึ่งอยู่บนโลก ทำให้ยานแล่นไปได้เร็วโดยมีอัตราส่วนระหว่างมวลต่อพลังงานต่ำมาก ราว 0.001 - 0.010 กิโลกรัมต่อกิโลวัตต์ ซึ่งหมายถึงการบรรทุกน้ำหนักได้มากโดยประหยัดพลังงานนั่นเอง"
อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยยังคงต้องใช้เวลาอีกหลายปีเพื่อพัฒนาระบบขับดันนี้ ซึ่งดูเพลย์คาดว่ามันจะใช้การได้จริงหลังมนุษย์อวกาศชุดแรกไปถึงดาวอังคารแล้วราวสิบปี หรือประมาณปี 2040 เป็นอย่างน้อย
