以地面或卫星基地的激光束为动力的宇宙飞船，可降低发射成本，且安全可靠。这一设计思想的核心是吸气式复合循环发动机。在进入轨道飞行期间，该发动机能补偿它所引起的大气层中空气的变动。

雷塞拉（Rensselaer）综合技术研究所（RPI）的研究人员相信，总有一天，人类可能会用太阳能激光束代替化学燃料发射宇宙飞船。在美国国家航空和航天管理局，宇宙空间研究协会的联合资助下，他们正在研究阿波罗光能飞船。（这里的“光”指的是激光束）

据在RPI的莱卡 · 迈拉（Leik Myralo）博士所说，以遥控激光束为动力的宇宙飞船与传统的使用化学燃料的火箭相比，主要的潜在优势有两点：1. 实际发射价格降低；2. 安全可靠。另外，由于这种飞船的能量几乎全部由外界提供，所以，它的发射重量的10-30%可由实用的有效负载组成。

激光束来自卫星基地的工作站（SPS），该工作站把太阳能转换成红外线或可见光激光一个SPS发电厂应当能够连续工作1000小时而不用维修。据估计到21世纪初，第一个发电量为7000兆瓦（MW）的SPS将被送入运行轨道。

激光推动光能飞船的设计思想的核心是利用一吸气式复合循环发动机。由于可换不同的操纵模式，在进入轨道飞行期间，该发动机能补偿它所引起的大气层中空气的变动。

复合循环发动机不是唯一使用于阿波罗光能飞船。毫无疑问，某些复合循环发动机将在航空和航天飞机上使用。在下一世纪，阿波罗光能飞船和航空航天飞机很可能成为竞争对象。

发射准备

一艘完整的阿波罗光能飞船基本上由激光驱动发动机构成——发动机的外形大大压缩，有效负载占据内部空间，有一通道进入飞船中心部位。发动机尾部外形扩展成柱形喷管状，在重返飞行时将作为隔热屏。

在飞船发射和加速到1马赫期间，复合循环发动机以转缸式爆震波发动机（ROWE）的模式工作。宇宙飞船中心部分的舱罩外围绕着一圈初级透镜，在透镜的表面有一打特殊定位器接收激光束。在12组二级透镜中每一组都将反射光束聚光在一组三级透镜上，依次射出直径2犀米的激光束横穿过柱形喷管的表面。利用逆轫致辐射吸收原理，接受将激光能传输到空气中，产生一高压（大约在9000 psi）“等离子体”指状物。然后，这种等离子体指状物的冲击波扩展遍及柱形喷管冲击表面产生推力。

有趣的是，在转缸式爆震波发动机（ROWE）模式中，恰好在爆炸前，空气自动地被压缩进入相邻的等离子体指状物中，造成“增压”效果，在升空时刻，当向前的速度非常低的时候，这种效果产生高能级的推力。

在光能飞船增速时，大量超音速不热空气以对流形式进入发动机。这能够使发动机转换成脉动k喷气发动机模式，它使飞船以5~6马赫速度推进。在这种模式中，飞船舱罩内表面涂层材料与特殊M超级点火器陈列粘合。这种材料作为自激“火花塞”能减少点燃激光引爆（LSD）波的能量和时间。在利用这种模式期间，飞船转动舱罩以使初级透镜能将激光束聚焦在超级点火器陈列上，结果产生超高压的环形离子体泡紧靠着罩壳膨胀。当吸进的气流吹在泡的后部时就产生向后的推力。

Scramjet模式

在飞船以5或6马赫速度推进时，发动机开始以超音速冲压式喷气发动机（Scramjet）模式工作。此时，能量增加，使超音速气流通过舱罩区域的进口到达平面加热器，这个能量来自激光束。在普通的超音速喷气飞机中，能量是由化学燃料提供的，这个平面加热器经重复的脉冲LSD波产生作用。脉冲LSD波是从飞船中心部位的一个“点火器”向外成辐射状传播的。然后，被加热的空气扩展遍及尾部的柱形喷管产生推力，直到把光能飞船加速到大约11马赫。

接肴发动机又以磁流体动力（MHD）—涡扇发动机模式工作。此时，发动机工作就像一枚争子气动涡轮火窬。工作情况类似于涡扇发动机。飞船前方产生的震动使部分电离的空气等离子体加热，并在电磁场的作用下加速。这种模式需要巨大的能量（1250-MWe）适于飞行的电力由10台激光加热，火箭驱动的MHD发电机组成的系统提供。

利用持续的激光引燃波提供能源，在激光加热火箭吸收室里处理高压流体，使其成为高温（15，000~20，000 K）电离气体。压力梯度迫使高温、高压离子流通过一米长的MHD发生器喷管。垂直于流体中心线存在一磁场，把正负电极放在孔径20厘米的发生器喷管的两侧，当离子流通过管道会产生感应电流，其电量超过100兆瓦。

从每台125—MWe MHD发电机流出的电流，穿过环形MHD气流增速管，为涡扇发动机创造实用电场。垂直于电场的磁场产生一个洛伦兹力，使电离气体离子流加速通过环形管。除T由MHD涡扇发动机产生的推力以外，MHD发生器排出高速氢气流也提供部分推力。

火箭推力

在MHD涡扇发动机模式以接近25马赫的速度到达轨道以后，发动机进入了最终的火箭模式。在200，000英尺以上的高度，随着MHD涡扇发动机推力的下降，MHD发生器排放的氢气流产生的推进力不断增加。到大约260，000英尺，MHD发生器和加速器的作用磁场消失。此时，MHD发生器工作情况就像一枚纯激光加热氢燃料火箭。光能飞船余下的大部分飞行靠最终火箭起动的惯性，使其绕轨道环行。

光能飞船要携带低温氢（也许还要一些液氮致冷剂）作为MHD涡扇发动机和火箭模式工作时备用。然而，这仅相当于起飞总重量的5~10%，与推动运载火箭或航空航天飞机所需燃料相比，相差甚远。

设计验证

近来正在计划设计一种无人驾驶的光能飞船的技术演示器（LTD）。今后6年内可进行试验。在该试验中，激光束最初来自地面站的激光发射装置（UF），而不是轨道太阳能工作站 · 因为太阳能工作站至少要到21世纪初才可能建成，所以需要使用LLF。另外，演示器没有RDME，Scramjet，或MHD-fanjet操纵模式。如果LTD能够携带小部分负载进入轨道，很可能就会携带激光加热吸气式助推器（由激光感应冲击波产生推力），大约在5马赫以后，可能利用激光火箭模式工作。

目前，想象中的LTD直径大约为4.6英尺、重量不到260磅。大多数LTD硬件来自适当的现存的化学液体燃料火箭，先进的混合结构，和高能量激光反射镜技术。如果LTD试制成功，那么到21世纪，人们将研究1人乘坐的水星号，两人座的双子星号，或五人座的阿波罗号光能飞船。所以选择这些名字是因为这些飞船与当初开拓美国太空计划时所用的宇宙舱很相似的缘故。

光能飞船必需跨出的一步是能否精确加工制造激光透镜所需要的巨形离轴抛物面反射镜，利用数控机床金刚石车削工艺，劳伦斯?利物摩（Lawrence Live-rmore）国家实验室已经制成适用于水星号光能飞船的，64英寸直径的反射镜。现有精度等级表明，该实验室生产的反射镜镜面形状精度12.5 nm（rms），这些表面涂上多层电介质材料时，其反射量可大于99.9%。

[Mechanical Engineering，1990年9月］