В апреле 2016 года российский миллиардер Юрий Мильнер объявил о создании Breakthrough Starshot. Как часть его некоммерческой научной организации (известной как «Инициативы прорыва»), цель Старшота заключалась в том, чтобы разработать нанокрафт для светового паруса, способный достичь ближайшей звездной системы - Альфа Центавра (он же Ригель Кентавр) - в течение нашей жизни.
С самого начала ученые и инженеры, которые придерживались концепции Starshot, стремились решать проблемы, с которыми столкнется такая миссия. Точно так же в научном сообществе было много людей, которые также внесли предложения о том, как такая концепция может работать. Последнее пришло от Института Макса Планка по исследованию солнечной системы, где два исследователя придумали новый способ замедления корабля, как только он достигнет пункта назначения.
Напомним, что концепция Starshot включает в себя небольшую наночастицу в граммовом масштабе, буксируемую световым парусом. При использовании наземного лазерного массива этот световой парус был бы ускорен до скорости около 60 000 км / с (37 282 м / с) - или 20% скорости света. На этой скорости нанократ сможет достичь ближайшей к нам звездной системы - Альфа Центавра, расположенной на расстоянии 4,37 световых лет - всего за 20 лет.
Естественно, это сопряжено с рядом технических проблем, в том числе с возможностью столкновения с межзвездной пылью, правильной формы светового паруса и абсолютных энергетических требований для питания лазерной решетки. Но не менее важна идея о том, как такое судно будет тормозить, как только оно достигнет своей цели. Без лазеров на другом конце, чтобы применить разрушающую энергию, как корабль замедлится настолько, чтобы начать изучать систему?
Именно на этот вопрос Рене Хеллер и Майкл Хиппке решили обратиться в своем исследовании: «Замедление высокоскоростного межзвездного фотона выходит на связанные орбиты в Альфа Центавре». Хеллер - астрофизик, который в настоящее время помогает ESA в подготовке к предстоящей миссии PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) - охотника за экзопланетами, развернутого в рамках их программы Cosmic Vision.
С помощью специалиста по информационным технологиям Майкла Хиппка они подумали, что потребуется для межзвездной миссии, чтобы достичь Альфы Центавра и обеспечить хорошие научные результаты по прибытии. Это потребовало бы, чтобы тормозные маневры проводились, как только он прибыл, чтобы космический корабль не пролетел над системой в мгновение ока. Как они утверждают в своем исследовании:
«Несмотря на то, что такой межзвездный зонд может достигать Proxima через 20 лет после запуска, без пропеллента для замедления он может пройти через систему в течение нескольких часов. Здесь мы демонстрируем, как звездные фотонные давления звездных тройных Альфа Центов A, B и C (Проксима) могут использоваться вместе с гравитационными помощниками для замедления поступающих солнечных парусов с Земли ».
Для расчетов Хеллер и Хиппке подсчитали, что корабль будет весить менее 100 грамм (3,5 унции) и будет установлен на парусе площадью 100 000 м² (1 076 391 кв. Фут) на поверхности. Как только они были завершены, Хиппк адаптировал их к серии компьютерных симуляций. Основываясь на своих результатах, они предложили совершенно новую концепцию миссии, которая полностью устраняет необходимость в лазерах.
По сути, их пересмотренная концепция предусматривала создание автономного активного парусного судна (AAS), которое обеспечивало бы его собственную тягу и тормозную способность. Этот корабль развернет свой парус в Солнечной системе и использует солнечный ветер Солнца, чтобы разогнать его до высоких скоростей. Как только он достигнет Системы Альфа Центавра, он передислоцирует свой парус так, чтобы поступающая радиация от Альфа Центавра А и В замедляла его.
Дополнительным бонусом этого предлагаемого маневра является то, что после того, как корабль замедлился до такой степени, что он мог эффективно исследовать систему Альфа Центавра, он мог затем использовать гравитационную помощь от этих звезд, чтобы перенаправить себя в Проксиму Центавра. Оказавшись там, он мог провести первое пристальное исследование Проксимы b - ближайшей экзопланеты к Земле - и определить, каковы ее атмосферные и поверхностные условия.
Поскольку существование этой планеты было впервые объявлено Европейской южной обсерваторией в августе 2016 года, было много предположений о том, может ли она быть пригодной для обитания. Наличие миссии, которая могла бы проверить ее на предмет наличия контрольных маркеров - жизнеспособной атмосферы, магнитосферы и жидкой воды на поверхности - наверняка разрешит эту дискуссию.
Как объяснил Хеллер в пресс-релизе Института Макса Планка, эта концепция имеет немало преимуществ, но сопровождается ее долей компромиссов - не в последнюю очередь это время, которое потребуется, чтобы добраться до Альфы Центавра. «Наша новая концепция миссии может дать высокую научную отдачу, но только внуки наших внуков получат ее», - сказал он. «Звездный выстрел, с другой стороны, работает в течение десятилетий и может быть реализован за одно поколение. Таким образом, мы могли бы определить долгосрочную концепцию Старшота ».
В настоящее время Хеллер и Хиппке обсуждают свою концепцию с Breakthrough Starshot, чтобы посмотреть, будет ли она жизнеспособной. Одним из тех, кто следил за их работой, был профессор Ави Леб, профессор науки Гарвардского университета Фрэнк Б. Бэйрд-младший и председатель Консультативного совета фонда «Прорыв». Как он сказал Space Magazine по электронной почте, концепция, предложенная Хеллером и Хиппке, заслуживает рассмотрения, но имеет свои ограничения:
«Если возможно замедлить космический корабль при помощи звездного света (и гравитационной помощи), то можно также запустить его в первую очередь теми же силами… Если это так, то почему недавно объявленный проект« Звездный выстрел прорыва »использует лазер и не солнечный свет, чтобы продвинуть наш космический корабль? Ответ заключается в том, что наша предполагаемая лазерная матрица может толкать парус с потоком энергии, который в миллион раз больше, чем локальный солнечный поток.
«При использовании звездного света для достижения релятивистских скоростей нужно использовать чрезвычайно тонкий парус. В новой статье Хеллер и Хиппке рассматривают пример миллиграмма вместо граммового паруса. Для паруса площадью десять квадратных метров (как предусмотрено в нашем исследовании концепции Starshot) толщина их паруса должна составлять всего несколько атомов. Такая поверхность на несколько порядков тоньше длины волны света, которую она должна отражать, и поэтому ее отражающая способность будет низкой. Не представляется возможным уменьшить вес на столько порядков и при этом сохранить жесткость и отражательную способность материала паруса.
«Основным ограничением в определении концепции Starshot было посещение Альфа Центавра в течение нашей жизни. Продление времени в пути за пределы жизни человека, как об этом говорится в этом документе, сделает его менее привлекательным для вовлеченных людей. Также следует помнить, что парус должен сопровождаться электроникой, которая значительно увеличит его вес ».
Короче говоря, если время не является фактором, мы можем предвидеть, что наши первые попытки достичь другой Солнечной системы могут действительно включать AAS, приводимую в движение и замедляемую солнечным ветром. Но если мы готовы ждать столетия до завершения такой миссии, мы могли бы также рассмотреть возможность отправки ракет с обычными двигателями (возможно, даже с экипажем) в Альфа Центавра.
Но если мы намереваемся достичь этого в течение наших собственных жизней, тогда у нас будет парус с лазерным приводом или что-то подобное. Человечество потратило более полувека на изучение того, что у нас на заднем дворе, и некоторым из нас не терпится увидеть, что будет по соседству!
