Доставка космического аппарата к другой звезде — одна из самых сложных задач современной науки. Над решением этой проблемы работают ведущие исследовательские группы, такие как Breakthrough Starshot и Tau Zero Foundation, сосредотачивая свои усилия на разработке движителей, использующих энергию луча. В статье, подготовленной председателем совета директоров Tau Zero Джеффри Грисоном и физиком Лос-Аламосской национальной лаборатории Герритом Брухаугом, изучается потенциал релятивистского электронного луча для отправки космического аппарата к Альфе Центавра.
Проблемы веса аппарата
Одним из ключевых факторов при проектировании межзвездных миссий является вес аппарата. Breakthrough Starshot предлагает использовать миниатюрный зонд с огромными световыми парусами, способный двигаться под воздействием лазерного луча. Однако такая конструкция позволяет зондy собрать минимальное количество данных, превращая проект скорее в инженерное достижение, чем в полноценную научную миссию.
Авторы статьи рассматривают возможность создания зонда массой до 1 тонны — сравнимого по весу с легендарными аппаратами серии «Вояджер». Современные технологии позволят оснастить такой аппарат гораздо большим количеством датчиков и систем управления. Но для запуска более тяжелого аппарата требуется продуманная система передачи энергии.
Лучевая энергия как средство движения
Breakthrough Starshot предлагает использовать лазерный луч в видимом спектре, который будет разгонять аппарат за счет световых парусов. Однако из-за ограничений современных оптических технологий такой луч может эффективно воздействовать на аппарат только на расстоянии около 0,1 астрономической единицы (а.е.) — примерно 15 миллионов километров. Учитывая, что путь до Альфы Центавра составляет 277 тысяч а.е., этого недостаточно для полноценного межзвездного разгона.
Альтернативное предложение авторов статьи заключается в использовании луча, который подает энергию на гораздо более длинных дистанциях. Расчеты показывают, что релятивистский луч может передавать энергию на расстояние до 1000 а.е., что значительно превышает возможности любой существующей технологии.
Скорость и достижение цели
Если все расчеты верны, то аппарат массой 1 тонна сможет разогнаться до скорости, равной 10% скорости света. Это позволит достичь Альфы Центавра за 40 лет, что делает проект реализуемым в течение одного поколения. Однако для создания такого луча необходима колоссальная энергия — до 19 гигаэлектронвольт на расстоянии 100 а.е., что является достижимым для современных технологий. Например, Большой адронный коллайдер уже способен формировать пучки с энергией, значительно превышающей этот показатель.
Космическая инфраструктура
Для улавливания энергии луча в космосе потребуется инновационная платформа, которую пока не создали. Теоретически такая конструкция могла бы размещаться вблизи Солнца, подобно зондy Parker Solar Probe, и использовать комбинацию светового давления и магнитного поля для стабилизации положения.
Создание материалов, способных выдерживать экстремальные температуры вблизи Солнца, является сложной, но не невозможной задачей. Это подтверждается успешной миссией Parker, которая достигла рекордной скорости в 430 тысяч миль в час и выдержала экстремальные условия, собирая данные о солнечных явлениях.
Перспективы межзвездных миссий
Хотя многие из описанных идей пока остаются на уровне теоретических исследований, они доказывают возможность доставки аппарата к Альфе Центавра за время, сравнимое с продолжительностью человеческой жизни. С минимальными доработками существующих технологий подобные миссии могут стать реальностью, открывая новые горизонты для изучения космоса.
Напомним, что зонд Parker Solar Probe от NASA уже продемонстрировал, как передовые технологии могут выдерживать экстремальные условия и собирать уникальные данные, меняя наше понимание космических явлений. Эти успехи дают основания полагать, что человечество способно сделать первые шаги к исследованию других звезд.