美國宇航局和中國計劃在未來十年內執行載人火星任務。雖然這代表了太空探索方面的巨大飛躍，但也帶來了重大的後勤和技術挑戰。
首先，只有在我們的兩顆行星在其軌道上彼此最近的點（在“對沖”期間）時，才能每 26 個月向火星發射一次任務。使用目前的技術，從地球到火星需要六到九個月的時間。
即使使用核熱或核電推進 (NTP/NEP)，單程過境也可能需要 100 天才能到達火星。
然而，蒙特利爾麥吉爾大學的一組研究人員評估了鐳射熱推進系統的潛力。根據他們的研究，依靠新型推進系統（使用鐳射加熱氫燃料）的航天器可以將前往火星的運輸時間縮短至僅 45 天！
鐳射熱力推進系統的概念渲染。（杜佩萊等人，2022）
這項研究由麥吉爾大學畢業生、目前就讀於代爾夫特理工大學航空航天工程碩士的Emmanuel Duplay領導。安德魯·希金斯副教授和麥吉爾大學機械工程系的多名研究人員也加入了他的行列。
他們的研究題為“使用鐳射熱推進快速穿越火星任務的設計”，最近提交給了《天文學與天文學》雜誌。
近年來，定向能（DE）推進已成為研究和興趣的主題。示例包括由Phillip Lubin 教授和UCSB 實驗宇宙學小組(ECG)開發的星光計劃- 也稱為星際探索定向能推進 (DEEP-IN) 和定向能星際研究 (DEIS) 計劃。
作為 2009 年開始的 NASA 資助研究的一部分，這些計劃旨在使大規模 DE 應用適應星際任務。
還有Breakthrough Starshot和Project Dragonfly，這兩個專案都來自於 2013 年由星際研究倡議(i4iS)主持的一項設計研究。這些概念需要一個千兆瓦功率的鐳射陣列來將光帆和小型航天器加速到一小部分光速（又稱相對論速度）在幾十年內到達附近的恆星系統，而不是幾百年或幾千年。
但是，儘管這些概念的焦點是星際，但 Duplay 和他的同事們探索了星際概念的可能性。
正如 Duplay 透過電子郵件向 Universe Today 解釋的那樣：
“定向能量推進的最終應用是將光帆推進到恆星以進行真正的星際旅行，這種可能性激發了我們進行這項研究的團隊。我們對如何將相同的鐳射技術用於快速運輸感興趣太陽系，有望成為近期展示該技術的墊腳石。”
除了鐳射帆推進之外，DE 還在探索其他幾個太空探索應用。這包括往返於航天器和永久陰影棲息地（例如，阿爾忒彌斯計劃）的電力傳輸、通訊、小行星防禦以及尋找可能的技術特徵。
NASA正在研究鐳射電動航天器的概念，這是UCSB ECG 和 MIT合作研究的一部分。
對於此應用，鐳射用於向航天器上的光伏陣列供電，然後將其轉化為電能為霍爾效應推進器（離子發動機）提供動力。這個想法類似於核電推進(NEP) 系統，其中鐳射陣列取代了核反應堆。正如 Duplay 解釋的那樣，他們的概念是相關的但不同的：
“我們的方法是對這些概念的補充，因為它使用相同的相控陣鐳射概念，但會在航天器上使用更強烈的鐳射通量來直接加熱推進劑，類似於一個巨大的蒸汽壺。這使得航天器能夠當它仍在地球附近時會迅速加速，因此鐳射不需要聚焦到太空中那麼遠。
“我們的航天器就像一個高速賽車，在靠近地球的同時加速非常快。我們相信我們甚至可以使用相同的鐳射動力火箭發動機將助推器帶回地球軌道，在它將主飛行器拋向火星後，使其能夠以便為下一次發射快速回收。”
在這方面，Duplay 和他的同事提出的概念類似於核熱推進 (NTP) 系統，其中鐳射取代了核反應堆。
除了 DE 和氫推進劑之外，鐳射熱航天器的任務架構還包括來自其他架構的多項技術。正如 Duplay 所指出的，它們包括：
“[A] 用作單個光學元件的光纖鐳射器陣列、可用於在鐳射束到達航天器進入加熱室時將其聚焦的充氣空間結構，以及開發高溫材料讓航天器在抵達時突破火星大氣層。”
最後一個元素是必不可少的，因為火星上沒有鐳射陣列可以在航天器到達火星後對其進行減速。
“充氣反射器是其他定向能量架構的關鍵：設計為高反射性，它可以在單位面積上承受比光伏面板更大的鐳射功率，與鐳射電推進力，”Duplay 補充道。
透過結合這些元素，鐳射熱能火箭可以在短短六週內實現非常快速的火星穿越——這在以前被認為只有核動力火箭發動機才有可能。
最直接的好處是它提供了一種解決深空過境危害的解決方案，例如長時間暴露在輻射和微重力下。
與此同時，Duplay 說，這項任務也存在一些障礙，因為其中涉及的許多技術都是最先進的，並且尚未經過測試：
“鐳射加熱室可能是最重大的挑戰：我們能否在氫氣被鐳射束加熱到超過 10,000 K 的同時保持室壁涼爽的同時包含我們的推進劑？我們的模型說這是可行的，但目前無法進行全面的實驗測試，因為我們還沒有製造出所需的 100 MW 鐳射器。”
雖然這個提議的任務架構中的大部分技術——以及其他類似的提議——仍處於理論和開發階段，但它們的潛力是毫無疑問的。
將到達火星的時間從幾個月減少到幾周，將解決火星任務的兩個最大挑戰——後勤和健康方面的考慮。
此外，建立地球和火星之間的快速交通系統將加速地球和火星之間的基礎設施建設。這可能包括火星軌道上的類似閘道器的空間站，如洛克希德馬丁公司提出的火星大本營，以及用於減速進入航天器的鐳射陣列。
這些設施的存在也將加速在地表建立永久人類存在的計劃。
正如希金斯教授總結的那樣：
“Emmanuel 領導的為期 45 天的火星設計研究的動機是探索 Philip Lubin 小組正在開發的相控陣鐳射技術的其他近期應用。透過鐳射將能量輸送到太空深處的能力將是一項"
