Мечта о путешествии в другую звездную систему и, возможно, даже о том, чтобы найти там населенные миры, является тем, что занимало человечество на протяжении многих поколений. Но только в эпоху освоения космоса ученые смогли исследовать различные методы межзвездного путешествия. Хотя многие теоретические конструкции были предложены за эти годы, в последнее время большое внимание уделяется лазерным межзвездным зондам.
Первое исследование концептуального дизайна, известное как Project Dragonfly, было организовано Инициативой по межзвездным исследованиям (i4iS) в 2013 году. Концепция предусматривала использование лазеров для ускорения легкого паруса и космического корабля до 5% скорости света, достигая, таким образом, альфы. Центавра около века. В недавней статье одна из команд, принявших участие в конкурсе дизайнеров, оценила выполнимость их предложения для светового паруса и магнитного паруса.
Статья под названием «Проект Стрекоза: Парус к звездам» была недавно опубликована в научном журнале. Астра Астронавтика. Исследование было проведено Тобиасом Хафнером, выпускником Университета Пола Сабатье (UPS) в Тулузе и нынешним системным инженером в Open Cosmos Ltd. К нему присоединились члены Оксфордских космических систем, Высший университет перспективных исследований (SOKENDAI), и АККА Технологии.
Когда дело доходит до концепций межзвездных миссий, одним из самых больших камней преткновения всегда было время путешествия. Как мы показали в предыдущей статье, чтобы добраться до Альфа Центавра, потребуется от 1000 до 81 000 лет, используя современные технологии. Хотя существует несколько теоретических методов, которые могут предложить более короткое время в пути, они либо включают физику, которая еще не доказана, либо будут чрезмерно дорогими.
Отсюда привлекательность светового паруса, который использует последние разработки в области миниатюризации для создания меньшего и менее дорогого космического корабля. Другое преимущество, по крайней мере теоретически, состоит в том, что такой космический корабль может быть ускорен до доли скорости света и, следовательно, сможет преодолевать огромное расстояние между нашей Солнечной системой и ближайшей звездой в течение нескольких десятилетий или одного столетия. ,
Как уже отмечалось, i4iS - добровольная организация, занимающаяся тем, чтобы в ближайшем будущем сделать межзвездные космические путешествия реальностью, - в 2013 году запустила первое исследование по концептуальному проектированию световых парусов. За ним последовало соревнование по разработке космического корабля, который бы быть способным достичь Альфа Центавра в течение 100 лет, используя существующие или краткосрочные технологии.
Четверо финалистов представили свои проекты на семинаре, проведенном в Британском межпланетном обществе в июле 2015 года. Концепция, представленная командой Технического университета Мюнхена, победила, и тогда они запустили кампанию на Kickstarter, чтобы собрать деньги для своего дизайна. Дизайн, представленный командой из Калифорнийского университета в Сан-Диего, впоследствии превратился в дизайн для Breakthrough Starshot, созданный в рамках инициативы Breakthrough Initiatives.
Ведущий автор Хафнер и его коллеги были частью команды CranSEDS, в которую входили инженеры и ученые из Университета Крэнфилд в Великобритании, Сколковского института науки и технологий (Сколтех) в России и UPS во Франции. В этом последнем исследовании он и некоторые из его бывших членов команды представили свою концепцию миссии как часть технико-экономического обоснования.
Ради этого исследования они рассмотрели каждый аспект архитектуры миссии светового паруса. Это варьировалось от размера паруса, материалов, использованных для его построения, размера лазерной апертуры, положения лазера, веса космического корабля и метода, используемого космическим кораблем для замедления, когда он приближался к месту назначения.
В конце концов, архитектура миссии, которую они придумали, требовала использования 100 ГВт мощности лазера для ускорения космического корабля 2750 кг (~ 6000 фунтов) до 5% скорости света, в результате чего время в пути около ста лет. Альфа Центавра. Парус будет состоять из монослоя графена диаметром 29,4 км (18,26 миль), что требует лазера с апертурой диаметром 29,4 км (18,26 миль).
Этот лазер будет размещен в непосредственной близости от Солнца (либо в точке Лагранжа L1 Земля-Солнце, либо на Цислунарной орбите) и будет питаться от массивных солнечных панелей. Для замедления космический корабль отбросит легкий парус и развернет магнитный парус, состоящий из металлических проводов. Этот парус сформировал бы петлевую структуру диаметром примерно 35 км (22 мили) и весом 1000 кг (2200 фунтов).
После развертывания магнитный парус будет перехватывать плазму из межзвездной среды и солнечный ветер из Альфа Центавра для замедления и входа в систему. Эта архитектура, заключают они, позволит достичь баланса между массой и скоростью, позволит миссии достичь Альфы Центавра всего за 100 лет и позволит проводить научные операции по прибытии.
Как они указывают в своем исследовании, этот тип архитектуры миссий предлагает много преимуществ, не последним из которых является тот факт, что более крупный космический корабль сможет нести больше инструментов и собирать больше научных данных, чем космический аппарат граммового масштаба. (как с прорывом Старшота StarChip). Как они пришли к выводу:
«Как [лазерные, так и магнитные паруса] имеют то преимущество, что в космическом корабле не требуется транспортировать топливо… Миссия основана на технологиях, которые в настоящее время доступны или разрабатываются, но потребуют значительных улучшений для фактического создания необходимой космической инфраструктуры… базовая линия полета космического корабля, лазерная система используется в течение разумного периода времени. Извлеченные уроки и данные, собранные с первого космического корабля, могут быть использованы для улучшения следующих ».
Они также признают проблемы, которые может повлечь за собой такая миссия, в том числе потребность в космических сооружениях размером с километр. Такие структуры должны были бы быть построены на орбите, что потребовало бы в первую очередь развития средств изготовления орбит. И, конечно же, лазер и другие важные системы нуждаются в дальнейшей доработке и развитии. Тем не менее, концепция, согласно их исследованию, осуществима и технически обоснована.
У некоторых, однако, есть свои сомнения. Например, д-р Клавдий Грос, физик-теоретик из Института теоретической физики при Университете Гете во Франкфурте. Грос является давним сторонником использования технологии лазерных парусов для создания межзвездного космического корабля, и провел теоретическую работу по использованию магнитных парусов для замедления работы такого космического корабля.
Он также является основателем Project Genesis, предложения по отправке лазерных космических кораблей с парусами, оснащенных генными заводами или криогенными капсулами, в другие звездные системы, где они будут распределять микробную жизнь «временно обитаемым экзопланетам, то есть планетам, способным поддерживать жизнь, но вряд ли приведет к этому самостоятельно. Как он выразил в журнале Space по электронной почте:
“Что касается замедления с помощью магнитного поля, это фактически невозможно в пределах предполагаемых параметров. Чтобы выполнить работу, понадобится магнитный парус весом в несколько сотен тонн, когда корабль будет курсировать со скоростью 5% скорости света и когда он должен остановиться в течение 20 лет, как предполагается в настоящей статье. Чтобы ускорить такой тяжелый корабль, потребуются гораздо более сильные системы запуска ».
Концепция использования лазеров или солнечных парусов для межзвездных миссий имеет глубокие корни. Однако только в последние годы усилия по созданию таких космических аппаратов действительно объединились. В настоящее время существует множество концепций, которые предлагают различные архитектуры миссий, каждая из которых имеет свою долю проблем и преимуществ.
В настоящее время разрабатывается несколько предложений, в том числе предложение Хефнера и его коллеги, концепция Dragonfly от ii4S а также Прорыв Старшот - будет очень интересно посмотреть, какие (если таковые имеются) из нынешних концепций светового паруса попытаются совершить путешествие к Альфа Центавре в ближайшие десятилетия.
Будет ли это тот, который попадет туда в течение наших жизней, или тот, который способен отсылать больше на пути научных данных? Или это может быть комбинация двух, своего рода краткосрочная / долгосрочная сделка? Тяжело сказать. Дело в том, что мечта о создании межзвездной миссии не может оставаться мечтой очень долго.
