示意圖顯示一艘已經(jīng)抵達地球軌道的飛船，正在等待“激光-熱力”驅(qū)動，并啟程飛往火星。

一組科學(xué)家提議利用位于地面的激光發(fā)射器，發(fā)射一道直徑10米的激光，足以把一千公斤的物體在45天內(nèi)送達火星。

人類第一趟火星之旅基本已經(jīng)確定將使用SpaceX公司的化學(xué)燃料動力飛船，大約需要六個月的時間才能抵達火星。但是2018年，美國宇航局（NASA）招標新的飛船動力方案，希望能把一千公斤的物體在不到45天之內(nèi)送達火星，不僅為將來地球和火星的物流運輸做準備，也希望能縮短未來人類去火星旅途的時間，這將大幅減少人體所受到的太空輻射。

加拿大麥基爾大學(xué)（McGill University）的研究組提出了這套“激光-熱力”動力方案，用地面發(fā)射的一道激光驅(qū)動飛行器在太空中飛行。

這道激光由大量肉眼看不見的紅外光束組成，其波長不到一微米。總功率100兆瓦，差不多相當于美國8萬戶家庭的用電。待送的貨物或飛船要先抵達地球的軌道，在那里等待啟程。貨物上裝配一個反射器，把收到的激光送入一個含有氫等離子體的加熱室。此密閉的加熱室的溫度將上升到4萬開爾文（大約為7.2萬華氏度），其中的氫氣將被加熱到1萬開爾文（大約1.8萬華氏度），此時氫氣從一個噴嘴噴出，藉以產(chǎn)生推力。

根據(jù)設(shè)計，這個推進機制只需每58分鐘進行一次。飛船還會配備一些側(cè)邊推進器，保證地球在自轉(zhuǎn)的過程中飛船還能對準地面的激光。按照研究人員的計算，激光停止發(fā)射的時候，飛船和貨物將以每秒17公里的速度飛離地球。按照這個速度，不到8小時飛船就能飛到比月球更遠的地方。

一個半月后抵達火星的時候，飛船的速度仍然可達每秒16公里，需要使用“空氣剎車”的技術(shù)讓飛船減速進入距離火星地面150公里的軌道。這是另一個難點。

研究組說，最理想的情況是讓飛船攜帶一個化學(xué)燃料引擎到時候助推減速?？墒?，這些燃料很重，將使得飛船允許的載貨量降至還不到總重量（一千公斤）的6%。另一個辦法是，人類將來有能力在火星基地搭建和地球上一樣的激光發(fā)射裝置，在那邊接應(yīng)抵達的飛船，用激光提供反向推力幫它減速。這也很合適，但是短期內(nèi)還辦不到。

所以目前空氣剎車是唯一的辦法。但是這難度也很大，飛船將受到8g的剎車加速度（g是地球的重力加速度，9.8 m/S），這差不多是人體能夠承受的極限。這個過程飛船也會產(chǎn)生巨大的熱量，需要制造特殊的保護材料才能經(jīng)受得住。

研究組表示，這套“激光-熱力”動力方案一個很明顯的優(yōu)勢是，能源占飛船質(zhì)量的比例很低，因為能量源位于地面，飛船上用于接收激光的反射器質(zhì)量也很小。

主要研究者伊曼紐爾·杜佩萊（Emmanuel Duplay）說，人類最初登陸火星的飛船不會使用這種技術(shù)，“然而，隨著更多人去火星，并要在上面建立基地，我們就會需要更快捷的旅行方式，減少輻射危害?！?/p>

這份研究2021年12月16日發(fā)表于《宇航學(xué)報》（Acta Astronautica）。