Lasertekniikkaa voidaan hyödyntää luotaimissa, jotka kulkevat Aurinkokunnan ulko-osiin, ja teleskoopeissa, jotka toimivat kaukana maapallolta. Ne laajentavat ihmisen näköpiiriä kaikkeudessa.
Ensi alkuun kanadalaisinsinöörit keskittyvät kuitenkin kehittämään lasertekniikkaa Mars-lentoa varten. Tavoitteena on lyhentää matka-aikaa merkittävästi.
Nopea lento Marsiin ei ainoastaan tee matkustamisesta vähemmän pitkästyttävää, vaan se myös auttaa astronautteja pysymään kunnossa.
Marsiin matkaavat alkavat ennen pitkää kärsiä painottomuuden haitoista, kuten luu- ja lihaskadosta, ja heidän terveyttään uhkaa Maata suojaavan magneettikentän ulkopuolella haitallinen kosminen säteily, joka altistaa syövälle.
Sairastuttavien säteilyvaurioiden riski on tietenkin pienempi lyhyellä kuin pitkällä avaruuslennolla.
Nykytutkimus ei tähtää satelliittien lähettämiseen laservalon avulla. Sen sijaan tavoitteena on antaa vauhtia Maata kiertävällä radalla odottaville avaruusaluksille, jotka on kuljetettu sinne perinteisillä kantoraketeilla.
Suunnitelmien mukaan erittäin voimakas lasersädekimppu suunnataan Mars-aluksen ulkopuolella sijaitsevaan peiliin, jota voidaan kutsua myös heijastimeksi.
Peili ohjaa laservalon kammioon, johon syötetään jatkuvasti vetyä.
Kun kaasu kuumenee, se laajenee ja purkautuu rakettisuuttimesta. Silloin syntyy työntövoimaa, joka vie avaruusalusta eteenpäin kiihtyvää vauhtia.
Lasersäteitä pitää ampua peiliin tunnin ajan, jotta alus voi saavuttaa uskomattoman 50 000 kilometrin tuntinopeuden.
Asiantuntijat puhuvat menetelmään viitatessaan lasersäteilyllä toimivasta raketista. Sitä on alettu pitää keksintönä, jolla on avaruusalalla tulevaisuutta.
Avaruusraketin työntövoima määräytyy Newtonin kolmannen lain mukaan. Englantilaisfyysikko laati sen melkein 350 vuotta sitten.
Kyse on voiman ja vastavoiman laista: jos kappale A vaikuttaa kappaleeseen B tietyllä voimalla, B vaikuttaa A:han yhtä suurella vastakkaisella voimalla.
Kun rakettimoottorin pakokaasut purkautuvat suuttimesta, raketti liikkuu päinvastaiseen suuntaan eli eteenpäin virtausta vastaavalla voimalla.
Raketin nopeuden kasvu riippuu etenkin siitä, kuinka korkeaksi pakokaasujen lämpötila nousee, kun ajoaine palaa polttokammiossa.
Mitä kuumempia poistuvat kaasut ovat, sitä kovempaa vauhtia ne purkautuvat – ja sitä suuremman nopeuden raketti saavuttaa.
Nykyisissä avaruusraketeissa moottorien polttolämpötila nousee yleensä noin 3 200 asteeseen.
Koska tarkasti kohdennetut lasersädekimput kuumentavat tehokkaammin moottoreista poistuvaa kaasua, tutkijoiden mukaan lasersäteilyllä toimivassa raketissa voidaan saavuttaa käsittämätön 40 000 asteen lämpötila.
Siitä seuraa, että matka-aika lyhenee selvästi ja avaruusalus voi kuljettaa kymmenkertaisen määrän hyötykuormaa ajoainekiloa kohti.
Lasertykki sylkee energiaa
Siitä, että monta pientä laseria voi toimia yhdessä yhtenä suurena tykkinä, saadaan kiittää ennen kaikkea uutta, toiveita herättävää tekniikkaa, jota ilman nopeat Mars-lennot voisivat jäädä haaveeksi.
Kalifornian yliopistossa ja Australian kansallisessa yliopistossa kehitetään lasertykkiä, joka perustuu niputettuihin edullisiin ja tarkkoihin lasereihin. Siinä syntyvää infrapunalaservaloa voimistetaan valokuiduilla.
Fyysikot pyrkivät yhdistämään tuhansia tai jopa miljoonia lasereita yhdeksi mahtilaseriksi, jota voidaan ohjata sähköisesti niin, että sädekimppu osuu aina avaruusalukseen.
Tutkimus on edennyt jo pitkälle, ja puhtaasti teknisessä mielessä tavoite voi olla saavutettavissa jo lähiaikoina.
Pinta-alaltaan kymmenen kertaa kymmenen metriä oleva lasertykki pystyy tutkijoiden mukaan lähettämään niin paljon energiaa, että se heittää ihmisiä kuljettavan avaruusaluksen nopeasti Marsiin.
Insinöörit ovat selvittäneet vain menomatkan. Paluu Marsista saattaisi onnistua vanhalla tavalla eli hitaasti käyttämällä kemiallisia rakettimoottoreita.
Muuta vaihtoehtoa tuskin olisi, ennen kuin Marsiin perustettaisiin varsinainen siirtokunta, jolla olisi kunnollinen energiahuolto ja joka voisi rakentaa riittävän järeän lasertykin. Sitten laserenergialla olisi mahdollista sekä jarruttaa tulevia että kiihdyttää lähteviä avaruusaluksia.
Laserjärjestelmillä voitaisiin pitää yllä säännöllistä reittiliikennettä Maan ja Marsin välillä silloin, kun planeettojen asema toisiinsa nähden olisi suotuisa.
Sekä Yhdysvallat että Kiina kaavailevat lähettävänsä ihmisiä Marsiin 2030-luvulla. Heitä eivät kuitenkaan vie perille lasersäteet.
Ensimmäisenä Marsiin lähteviä ammattilaisastronautteja kuljettavat vanhat, koetellut avaruusraketit. Vasta sen jälkeen, kun Marsissa asutaan pysyvästi, tarvitaan tehokkaampia kuljetusvälineitä.
Avaruusalalla toimivan SpaceX-yhtiön toimitusjohtaja Elon Musk on esittänyt kunnianhimoisen vision Marsiin vuoteen 2050 mennessä perustettavasta suurkaupungista.
McGillin yliopiston tutkijaryhmään kuuluva lehtori Andrew Higgins on arvioinut, että lasersäteilyllä toimivilla raketeilla voidaan kuljettaa ihmisiä jo vuoden 2040 tienoilla.
Superteleskooppi kuvaa eksoplaneettoja
Uudenlainen rakettimoottori sopii myös tutkimusluotaimiin, joilla kartoitetaan Aurinkokunnan laitamia.
Uloimpia planeettoja, Uranusta ja Neptunusta, ei ole luodattu sitten 1980-luvun, jolloin yhdysvaltalainen Voyager 2 ohitti ne.
Tuolloin lento Neptunukseen, joka sijaitsee noin 4,5 miljardin kilometrin päässä Maasta, kesti 12 vuotta. Jos luotain varustetaan lasersäteilyllä toimivalla moottorilla, matka-aika lyhenee alle viiteen vuoteen.
Tähän mennessä kauimmaksi ehtinyt avaruusalus on Nasan Voyager 1 -luotain, joka on päässyt 45 vuodessa 23 miljardin kilometrin päähän Maasta. Teleskoopin avaruuteen vievä laserkäyttöinen alus voi teoriassa kulkea paljon pitemmälle parissa vuosikymmenessä.
Ensimmäisenä lasersäteilyllä toimivia raketteja käytettäneen kuitenkin Marsin tutkimuksessa.
Jos tekniikka otetaan käyttöön ja matka Maan naapuriplaneetalle kestää vain 45 päivää, monilla voi olla muuttohaluja. Pysyvä asutus saattaa johtaa säännöllisen planeettojenvälisen liikenteen alkamiseen.