?ng d?ng laser trong nghi

1
Ð?I H?C QU?C GIA TP.HCM TRU?NG Ð?I H?C KHOA H?C
T? NHIÊN KHOA V?T LÝ
?NG D?NG C?A
TRONG NGHIÊN C?U VU TR?
HV th?c hi?n Phùng Van Hung Mã s? HV 02 08
4403 02
2
(No Transcript)
3
N?I DUNG

• So lu?c l?ch s? phát tri?n laser
• Nh?ng ?ng d?ng c?a laser trong nghiên c?u vu tr?
• Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser
• Nang lu?ng m?t tr?i t? vu tr?.
• Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?
• Dùng tia laser lái ch?ch hu?ng thiên th?ch
• Ðo kho?ng cách trái d?t - m?t trang chính xác t?i
  milimét
• C?u n?i laser gi?a các v? tinh

4
So lu?c l?ch s? phát tri?n laser
1900 Max Planck ch?ng minh thuy?t lu?ng t? nang lu?ng c?a ánh sáng
1916 Albert Einstein dua ra d?nh d? v? lý thuy?t c?a b?c x? cu?ng b?c
1953 Charles Townes, J.P.Gordon và H.J.Zeiger ch? t?o thành công maser d?ng xung N.Batsov và A.Prokhorov ch? t?o thành công maser liên t?c
1958 Anthus Schawlow công b? ph?n lý thuy?t v? laser trên t?p chí Physical Review
1960 Theodora Maiman ch? t?o thành công laser Rubi d?u tiên
5
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng

Tàu con thoi truy?n th?ng ph?i mang theo hàng t?n
nhiên li?u và hai tên l?a d?y l?n. ? Ý tu?ng s?
d?ng m?t chùm tia laser t? m?t d?t cung c?p nang
lu?ng cho tàu vu tr? ho?t d?ng
6
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng
• C?u t?o g?m 4 ph?n chính

Tia laser carbon dioxit du?c chi?u t? m?t d?t
d?n tàu, cung c?p nang lu?ng cho tàu ho?t
d?ng. Guong parabole Ph?n dáy c?a tàu vu tr? là
m?t guong parabole d? h?i t? chùm laser vào
khoang ch?a không khí hay ch?t n? d?y trên tàu.
Khoang hút thu Không khí du?c hu?ng vào trong
khoang này t?i dây không khí b? d?t nóng lên b?i
chùm laser, giãn n? ra và d?y con tàu di. Hydro
trên tàu M?t lu?ng nh? ch?t n? d?y hydro du?c s?
d?ng d? d?y tàu khi khí quy?n quá loãng không th?
cung c?p d? không khí.
7
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng
• C?u t?o
• Nguyên t?c ho?t d?ng

Xung laser (30ns) chi?u t?i, ph?n x? trên m?t
guong parabol, h?I t? vào kh?i khí ho?c ch?t n?
d?y trong khoang hút thu. Ion hoá không khí ho?c
ch?t n? d?y t?o môi tru?ng plasma (9ns) Gia t?c
electron và ion trong plasma (21ns) làm tang
nhi?t d? (10000-30000 d? C), giãn n? plasma, bán
kính Debye tang lên r?t nhanh (sóng n? hình
thành) t?o ra xung l?c d?y tàu v? phía tru?c.
8
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng
• C?u t?o
• Nguyên t?c ho?t d?ng
• Uu di?m

Làm con tàu nh? hon hàng nghìn l?n do không ph?i
mang theo nhiên li?u. Không gây ô nhi?m vì khí
th?i là không khí, hidro L?c d?y m?nh và xung l?c
riêng l?n Ð?ng co don gi?n và dáng tin c?y do ít
b? ph?n c?a d?ng co chuy?n d?ng
9
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng
• C?u t?o
• Nguyên t?c ho?t d?ng
• Uu di?m
• Nh?ng v?n d? c?n ti?p t?c nghiên c?u

L?a ch?n v?t li?u làm guong ph?n x? và khoang hút
thu nh?m tránh s? hao h?t v?t li?u (cu?ng d?
laser gi?i h?n c?a nhôm là 59J/cm2 và silic oxit
là 310J/cm2) L?a ch?n ch?t n? d?y mang theo tàu
(H2 hay He c?ng v?i Li hay Cs) Công su?t c?a
laser S? h?p th? và bi?n d?ng c?a tia laser d?y
khi xuyên qua khí quy?n Vi?c k?t n?i laser v?i
thi?t b? bay trong su?t quá trình bay
10
Phóng tàu vu tr? b?ng tia laser

• Ý tu?ng
• C?u t?o
• Nguyên t?c ho?t d?ng
• Uu di?m
• Nh?ng v?n d? c?n ti?p t?c nghiên c?u
• Các th? nghi?m

Công ty Lightcraft Technologies dã th? nghi?m m?t
tàu nh? nguyên m?u nh? t?i bãi tên l?a White
Sands ? bang New Mexico. Vào tháng 10/2000, con
tàu nh? thu nh?, có du?ng kính 12,2cm và ch? n?ng
50g dã d?t du?c d? cao 71m
11
Nang lu?ng m?t tr?i t? vu tr?.
Kh?ng ho?ng nang lu?ng toàn c?u và ô nhi?m môi
tru?ng ? hu?ng d?n s? d?ng nang lu?ng m?t tr?i vì
dây là ngu?n nang lu?ng s?ch, vô t?n. S? d?ng các
t?m pin m?t tr?i d? bi?n ánh áng m?t tr?i thành
di?n nang. Nang luong m?t tr?i thu t? m?t d?t b?
?nh hu?ng b?i hi?n tu?ng ngày dêm, mây, mua, ?
Hi?u su?t không cao
12
Nang lu?ng m?t tr?i t? vu tr?.
Ngu?i ta u?c tính, trên m?t d?t, 1m2 trung bình
ch? nh?n du?c 250W t? b?c x? m?t tr?i trong khi
trên không gian vu tr? 1m2 nh?n du?c 1.366kW (hon
5000 l?n) gt Peter Glaser dã dua ra ý tu?ng (nam
1968) dùng các dàn pin m?t tr?i g?n trên v? tinh
? qu? d?o d?a tinh (qu? d?o có d? cao 36.000 km
trên du?ng xích d?o) d? thu th?p nang lu?ng m?t
tr?i.
13
Nang lu?ng m?t tr?i t? vu tr?.

• V?n d? d?t ra chuy?n nang lu?ng t? v? tinh v?
  m?t d?t.
• Dùng vi sóng ho?c tia laser
• Nh?ng khó khan c?n kh?c ph?c
• K?t n?i chính xác chùm tia t? v? tinh xu?ng tr?m
  thu trên m?t d?t.
• Hi?u su?t bi?n d?i nang lu?ng t? ánh sáng m?t
  tr?i thành laser, vi sóng và t? laser, vi sóng
  thành di?n nang.
• Chi phí phóng v? tinh lên qu? d?o còn quá l?n
• Ð? m? r?ng c?a chúm laser, vi sóng t? v? tinh d?n
  trái d?t.
• ?nh hu?ng c?a chùm tia laser d?n s?c kho? con
  ngu?i.

gt Ðây là ngu?n nang lu?ng ch? d?o trong tuong
lai.
14
Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?

• Rác trên vu tr? là gì?
• Các lo?i tên l?a d?y và các v? tinh h?ng ho?c h?t
  h?n s? d?ng
• Các m?nh v? sau các v? n? c?a các d?ng c? không
  gian
• Rác th?i sinh ho?t c?a các con tàu vu tr? ho?c
  các tr?m vu tr? có ngu?i ?
• Nh?ng bu-lông, ?c-vít và c? các d?ng c? b? các
  nhà du hành vu tr? b? quên trong nh?ng chuy?n di
  d?o trong không gian.

15
Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?

• Rác trên vu tr? là gì?
• S? lu?ng (nh?ng v?t quan sát du?c)
• Ðu?ng kính l?n hon 10cm có g?n 14.000 v?t, trong
  s? này, 950 v?t là các thi?t b? vu tr? dang ho?t
  d?ng thu?c nhi?u qu?c gia khác nhau.
• Ðu?ng kính du?i 10cm kho?ng 200.000 d?n 250.000
  v?t
• Ðu?ng kính t? 0,1 1cm có kho?ng 70-80 tri?u v?t
• Các v?t vi lu?ng vào kho?ng 1013 d?n 1014 v?t.

16
Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?

• Rác trên vu tr? là gì?
• S? lu?ng
• M?i nguy h?i
• Va ch?m v?i các v? tinh, các tàu vu tr?, các phi
  hành gia ngo?i không gian
• Gây ô nhi?m phóng x? không gian quanh trái d?t,
  ?nh hu?ng d?n trái d?t, làm ô nhi?m b? m?t trái
  d?t

17
Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?

• Rác trên vu tr? là gì?
• S? lu?ng
• M?i nguy h?i
• Phuong án gi?i quy?t
• Gi?m s? lu?ng thi?t b? du?c phóng, d?ng th?i tang
  tu?i th? ho?t d?ng c?a chúng và s? d?ng các v?
  tinh da nang.
• Các v? tinh h?t h?n s? d?ng s? ph?i du?c có m?t
  kho luu gi? nhiên li?u d? du?c dua xu?ng t?ng
  th?p hon c?a khí quy?n và d?t cháy, ho?c d?t t?i
  các qu? d?o ít có v? tinh. (? d? cao 200-300km
  phía trên qu? d?o d?a tinh.)
• Phát tri?n các d? án "quét" rác vu tr?

18
Gi?i quy?t v?n d? rác vu tr?

• Rác trên vu tr? là gì?
• S? lu?ng
• M?i nguy h?i
• Phuong án gi?i quy?t
• Các d? án "quét" rác vu tr?
• Dùng tên l?a, du?c n?p d?y nu?c và d?ng nang b?
  sung, d? b?n nh?ng v?t th? l?n trong s? rác vu
  tr?. t?o du?c v? n? có d?nh hu?ng khi va ch?m, mà
  sau dó các m?nh v? s? bay v? m?t d?t và cháy h?t
  trong các t?ng khí quy?n.
• Dùng các máy laser t? m?t d?t (v?i s? d?nh hu?ng
  c?a rada) b?n phá rác trên vu tr?, làm chúng bay
  hoi hoàn toàn.

19
Dùng tia laser lái ch?ch hu?ng thiên th?ch

• M?i nguy h?i t? thiên th?ch
• V?a di chuy?n v?a xoay tròn trong không gian theo
  m?t cách khó có th? d? doán
• Ðu?ng bay c?a chúng cung có th? thay d?i theo
  th?i gian
• ?H?at d?ng c?a các thiên th?ch r?t th?t thu?ng

20
Dùng tia laser lái ch?ch hu?ng thiên th?ch

• M?i nguy h?i t? thiên th?ch
• Phát hi?n và xác d?nh du?ng bay c?a thiên th?ch
• Dùng dài quan sát ra da (phát hi?n các thiên
  th?ch ? kho?ng cách cách Trái d?t kho?ng 9 tri?u
  d?m)
• Ðang phát tri?n h? th?ng v? tinh dùng tia laser
  (phát hi?n thiên th?ch ? kho?ng cách lên d?n 93
  tri?u d?m-kho?ng m?t don v? thiên van)

21
Dùng tia laser lái ch?ch hu?ng thiên th?ch

• M?i nguy h?i t? thiên th?ch
• Phát hi?n và xác d?nh du?ng bay c?a thiên th?ch
• Phuong án ch?ng thiên th?ch
• M?t con tàu vu tr? có mang h? th?ng laser s? du?c
  phóng lên d? làm thay d?i du?ng bay c?a v?t th?
  dó. H? th?ng laser dó s? du?c d?t g?n m?t ti?u
  hành tinh và nó s? phát ra tia laser có xung d?ng
  ng?n trong kho?ng th?i gian 6 tháng. Ði?u dó d?
  d? làm ti?u hành tinh dó di chuy?n ch?ch ra kh?i
  qui d?o có th? gây nguy hi?m cho Trái Ð?t.
• Phóng d?u d?n h?t nhân vào thiên th?ch d? phá hu?
  thiên th?ch
• Ðua m?t nhóm nhà phi hành lên thiên th?ch d? d?t
  ch?t n? nh?m phá h?y nó

22
Ðo kho?ng cách trái d?t - m?t trang chính xác t?i
milimét!

• Nguyên t?c
• T? m?t dài thiên van ? bang New Mexico (M?),
  ngu?i ta g?n m?t máy phóng laser v?i công su?t
  c?c l?n (1 Gigawatt). M?i giây nó phóng kho?ng 20
  chùm laser t?i m?t trang. ? dó, tia laser duoc
  ph?n x? tr? l?i trái d?t nh? m?t guong ph?n
  chi?u. D?a vào th?i gian di - v? c?a các h?t
  photon ánh sáng, các nhà khoa h?c tính ra kho?ng
  cách gi?a m?t trang và trái d?t.
• Theo tính toán, trong s? 30 tri?u photon du?c b?n
  lên m?t trang, ch? có m?t h?t g?p du?c guong ph?n
  chi?u. Và xác su?t d? h?t này có th? quay tr? l?i
  trái d?t cung ch? b?ng m?t ph?n 30 tri?u.

23
Ðo kho?ng cách trái d?t - m?t trang chính xác t?i
milimét!

• Nguyên t?c
• ?ng d?ng
• Ki?m nghi?m nguyên lý d?ng nh?t c?a Einstein.
  Hai v?t th? có c?u t?o khác nhau, nhung ? trong
  cùng m?t tru?ng h?p d?n, nó ch?u tác d?ng c?a m?t
  gia t?c gi?ng nhau.
• Khám phá xem li?u tr?ng lu?ng c?a m?t v?t có gi?m
  di khi vu tr? giãn n? hay không?

24
C?u n?i laser gi?a các v? tinh

• Th? nghi?m
• Các nhà khoa h?c dã s? d?ng h? th?ng laser có
  tên là SILEX (do Co quan Vu tr? châu Âu ESA và Co
  quan Vu tr? Pháp CNES tri?n khai) d? n?i v? tinh
  Artemis (bay ? qu? d?o d?a tinh, cách trái d?t
  31.000 km) v?i v? tinh thiên van SPOT 4 (di
  chuy?n v?i t?c d? 7.000 m/s ? d? cao 832 km).
• Chùm laser có du?ng kính vài mét du?c di?u ch?nh
  tinh vi, cho phép SPOT 4 chuy?n lu?ng d? li?u l?n
  v?i t?c d? 5 megabits trong m?t giây t?i Artemis.

25
C?u n?i laser gi?a các v? tinh

• Th? nghi?m
• Uu di?m
• Ðu?ng truy?n laser g?n hon, ch?c ch?n hon và c?n
  ít nang lu?ng hon h? th?ng thu - phát sóng vô
  tuy?n.
• Rút ng?n th?i gian truy?n tin t? các v? tinh ?
  qu? d?o th?p xu?ng m?t d?t
• Ðu?ng truy?n b?ng laser cung t? ra ?n d?nh hon
  r?t nhi?u

26
TÀI LI ?U THAM KH?O

• Douglas Feikema, Analysis of the Laser Propelled
  Lightcraft Vehicle, Glenn Research Center,
  Cleveland, Ohio, June 2000.
• www.Wikipedia.com
• www. HowStuffWorks.com
• www.tin24.com
• Và m?t s? trang web khác