El Lightcraft es un vehículo espacial o aéreo impulsado por propulsión con haz de luz , siendo la fuente de energía que alimenta la nave externa. Fue conceptualizado por el profesor de ingeniería aeroespacial Leik Myrabo en el Instituto Politécnico Rensselaer en 1976, [1] quien desarrolló el concepto aún más con prototipos funcionales, [2] financiado en la década de 1980 por la organización Strategic Defense Initiative , y la década siguiente por la División de Concepto Avanzado de la Fuerza Aérea de los EE. UU. AFRL , el MFSC de la NASA y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [3] [4] [5]
Cuando un Lightcraft está en la atmósfera, se utiliza aire como material propulsor (masa de reacción). En el espacio, necesitaría proporcionar el material propulsor desde tanques a bordo o desde un sólido ablativo . Al dejar la fuente de energía del vehículo en tierra y al utilizar la atmósfera ambiental como masa de reacción durante gran parte de su ascenso, un Lightcraft podría ser potencialmente capaz de entregar un porcentaje muy grande de su masa de lanzamiento a la órbita como un SSTO , una tarea difícil para los cohetes químicos . Como tal, un Lightcraft se distingue de una vela solar porque depende de la expansión de la masa de reacción para acelerar en lugar de ser acelerado solo por la presión de la luz . Dentro de la atmósfera, la propulsión de Lightcraft depende solo de la potencia del láser externo, por lo que la potencia propulsora no se limita a la generada por la maquinaria habitual de a bordo (es decir, los cohetes ). [6]
Los primeros modelos a pequeña escala utilizaban propulsión por láser , una técnica que todavía se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. Los prototipos de Lightcraft están hechos de aluminio macizo mecanizado axisimétricamente . El morro tiene forma de cono romo con fines aerodinámicos . El borde tiene una entrada de aire anular . La popa es un embudo pulido como un espejo cóncavo con una cola puntiaguda en el medio que se extiende hacia atrás fuera del cuerpo, actuando como un reflector parabólico .
Un láser terrestre dirige un pulso de alta potencia al espejo de popa. El haz se refleja y se enfoca para calentar el aire a una temperatura extremadamente alta de hasta 30.000 grados, transformándolo en un plasma que se expande violentamente, empujando la nave hacia adelante. El aire se renueva a través de la entrada y el ciclo se repite a alta frecuencia, actuando como un motor de detonación de pulso externo que produce empuje. [7]
En abril de 1997, las pruebas realizadas por Leik Myrabo en cooperación con el ejército de los EE. UU. en el campo de misiles White Sands demostraron la viabilidad básica de propulsar objetos de esta manera, utilizando un láser de dióxido de carbono pulsado terrestre de 10 kW (1 kJ por pulso, pulso de 30 μs a una frecuencia de 10 Hz). La prueba logró alcanzar más de cien pies, lo que se compara con el primer vuelo de prueba de Robert Goddard de su diseño de cohete. [2]
En octubre de 2000, se estableció un nuevo récord de vuelo con un vuelo que duró 10,5 segundos y alcanzó los 71 metros (233 pies) utilizando el mismo láser, pero esta vez proporcionando un propulsor ablativo de plástico a bordo y girando el cuerpo alrededor de su eje a alta velocidad (más de 10.000 rpm ) para estabilizar la nave con un efecto giroscópico . [8] [9] [6]
Los conceptos más avanzados del Lightcraft reemplazan los pulsos láser por un haz de microondas o máser que aún puede estar en tierra o, alternativamente, ponerse en órbita ; los haces se emiten desde arriba de la nave ascendente mediante una serie de satélites de energía solar basados en el espacio que podrían realizar un seguimiento más fácil del Lightcraft a lo largo de su trayectoria balística curva .
El haz de microondas detona el aire debajo de la nave exactamente como la versión láser, pero algo de energía del haz también es desviada y convertida a bordo por rectenas de alta potencia en electricidad para alimentar un motor MHD de flujo externo que respira aire llamado por Myrabo un acelerador de estela MHD . [10] [11] [12] [13]
Como un acelerador MHD funciona únicamente con un medio conductor de electricidad , algunas de las microondas entrantes también se desvían dentro del Lightcraft a través de una serie de ventanas transparentes y secciones de espejo, y luego se reemiten al aire cerca de los electrodos de los aceleradores MHD ubicados alrededor del borde. El aire se ioniza en estos lugares, lo que permite que la interacción de las fuerzas de Lorentz del MHD controle activamente el flujo de aire alrededor de una forma discoidal que, de lo contrario (es decir, de manera pasiva) tiene propiedades aerodinámicas muy malas debido a que su superficie más grande, una placa plana, es perpendicular al flujo. [14]
Finalmente, un láser o alguna parte de las microondas también se enfocan como una antorcha de plasma a cierta distancia por encima del Lightcraft, creando un aerospike que se desprende y mitiga la onda de choque de proa por delante de la nave cuando evoluciona a velocidades supersónicas , reduciendo la transferencia de calor a las paredes. La distancia y la intensidad del aerospike se ajustan de acuerdo con la presión atmosférica , los gradientes de temperatura y la velocidad del flujo de aire para dar forma activamente a la onda de choque de modo que la capa límite pueda ser controlada de manera óptima por los aceleradores de corriente de aire radiales MHD. [15] [16] [17]
El concepto de Lightcraft combina así el control de flujo activo magnetohidrodinámico y los mecanismos de propulsión alimentados por haz para permitir el vuelo hipersónico , solucionando el problema clásico de la propulsión aérea MHD (es decir, la falta de una fuente de energía lumínica que ofrezca suficiente energía para alimentar tales sistemas) mediante la externalización de la fuente de energía. El uso de microondas en lugar de un láser permite cuatro acciones combinadas: detonación propulsiva, mitigación de ondas de choque, control de ionización y alimentación eléctrica de los propulsores MHD. [18]
En 2008, la Oficina de Información Científica y Técnica del Departamento de Energía de Estados Unidos publicó un artículo en su sitio web oficial en el que su autor William Larson [19] habla sobre investigaciones concluidas con éxito en esta área. [20]
Tras la jubilación de Leik Myrabo del Instituto Politécnico Rensselaer en 2011, la página de inicio de su empresa privada Lightcraft Technologies, Inc. (LTI) desapareció con una notificación temporal que explicaba que se estaba llevando a cabo una "renovación del sitio". El antiguo logotipo de LTI y el modelo a pequeña escala del prototipo láser Lightcraft de los años 1990 se cambiaron para la ocasión por un nuevo logotipo y una imagen de artista que mostraba un Lightcraft lenticular a escala real alimentado por microondas con aceleradores de estela periféricos MHD activos en órbita sobre la Tierra. [21] Esta imagen del propulsor de plasma se muestra en la portada del libro de Myrabo sobre Lightcraft. [18]
Esto presagiaba nuevos avances, pero el sitio finalmente dejó de funcionar y nunca volvió a aparecer. En ese momento, sin embargo, las pruebas de láser aerospike y PDE continuaron en el túnel de viento hipersónico del Laboratorio de Hipersónica y Aerotermodinámica del Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de la Fuerza Aérea Brasileña en São José dos Campos . [22]
