Проект «StarChips»: Межзвездные паруса

«StarChips» Современная физика

Проект «Breakthrough Starshot». Его стоимостью составляет больше 100 миллионов долларов. О заявили в 2016 году. И он все еще развивается. В ходе его реализации планируется использовать мощные лазеры. Зачем? Для запуска крошечных космических аппаратов к Альфе Центавра. Это ближайшая к нам звездная система. Использование лазерных пушек для движения космических аппаратов может звучать как научная фантастика. Однако проведенное исследование показало, что «световое плавание» может быть одним из единственно технически возможных способов достигнуть другой звезды в течение человеческой жизни.

Очень далеко

Хотя Альфа Центавра и ближайшая звездная система к Земле, она находится  на расстоянии примерно 4,37 световых года о нас. Это более чем 41,2 трлн. километров. Или более чем в 276 000 раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Обычные ракеты недостаточно эффективны, чтобы покрыть огромное расстояние до Альфы Центавра в течение человеческой жизни. Например, космическому аппарату NASA «Вояджер-1», который был запущен в 1977 году, и достиг межзвездного пространства в 2012 году, потребуется около 75 000 лет, чтобы достичь Альфы Центавра (это если бы зонд летел в нужном направлении. Однако это не так).

Есть проблема с двигателями, используемыми в настоящее время космическими аппаратами для движения в космосе. Она заключается в том, что топливо, который они несут с собой, имеет массу. Для длительных перелетов требуется много топлива. Это делает зонды тяжелыми. Что, в свою очередь, требует еще больше топлива. Что делает их еще более тяжелыми. И так далее. Эта проблема увеличивается экспоненциально тому, чем больше становится космический корабль.

«Starshot» предлагает решение этой проблемы. Вместо того, чтобы иметь с собой топливо для движения, космический корабль оснастят зеркальными парусами. Он будет полагаться на лазеры, как бы толкающие зонды вперед.

«Это действительно дерзкая цель», — заявил журналистам ведущий автор исследования Гарри Атуотер. Он научный сотрудник и прикладной физик из Калифорнийского технологического института в Пасадене.

Давление света

Хотя свет и не оказывает большого давления, предыдущая работа показала, что он может использоваться для космического полета. Японская миссия IKAROS (межпланетный корабль, ускоренный излучением Солнца), который полетел в космос в 2010 году, стал первым космическим аппаратом, успешно продемонстрировавшим технологию солнечных парусов в межпланетном пространстве. Он развил максимальную скорость около 1450 км/ч.

Целью проекта «Starshot» является запуск космического аппарата «StarChips» в направлении Альфа Центавра. При этом используя лазерный комплекс на Земле мощностью до 100 гигаватт. «Это, безусловно, будет крупнейший лазерный комплекс, который когда-либо строился на Земле», — сказал Атуотер.

«StarChips» будет лететь на скорости до 20 процентов скорости света. И достигнет Альфы Центавра в течение примерно 20 лет. После чего будет использовать 1-ваттный лазер для связи с Землей. «Starshot» нацелен на запуск до десятков тысяч «StarChips» в год. Смысл массированных запусков состоит в том, что, даже если многие из аппаратов потерпят неудачу, другие достигнут отдаленной системы. И, возможно, если учитывать новые данные о Proxima b, потенциально пригодной для жизни планеты, находящейся на орбите вокруг одной из трех звезд системы, передадут нам какие-то интересные данные.

Согласно новому исследованию, парус каждого «StarChips» должен будет иметь размер около 10 квадратных метров. И массу менее 1 грамма. Это означает, что его толщина должна составлять всего около 100 атомов. Исследователи отмечают, что создание паруса, отражающего, легкого и достаточно прочного, чтобы совершить путешествие к Альфе Центавра, является проблемой. Которая пока находится за границей возможностей современной науки.

«Мы предоставили первоначальную «дорожную карту» для исследователей. Которые должны добиться дальнейших успехов в достижении этой межзвездной цели», — заявил Атуотер.

«StarChips». Межзвёздные паруса

Лазерный массив «Starshot» скорее всего будет излучать пучки ближнего инфракрасного света определенных длин волн. Те, которые пропускает атмосфера Земли. Паруса «StarChips» должны не только отражать волны таких параметров. Но практически не поглощать энергию, чтобы избежать своего нагревания и разрушения. Кроме того, паруса должны быть легкими. И достаточно тонкими, чтобы лазеры могли максимально эффективно их ускорять.

Кроме того, так же как звуковая сирена звучит более высоко, когда автомобиль приближается к Вам и становиться ниже, когда он уезжает прочь, когда паруса уходят дальше от лазеров, свет, который они получают, будет «краснеть» в результате процесса, называемого допплеровским сдвигом. В идеале паруса должны уметь отражать эти более «красные» длины волн. Это позволит им как можно больше получать импульс энергии от лазерных лучей, объяснили исследователи.

Ученые обнаружили, что ни один из известных материалов не обладает совершенным сочетанием свойств, которые могут служить парусами для «StarChips». К примеру, хотя металлы, такие как золото и серебро, и являются отличными отражателями ближнего инфракрасного света, они будут поглощать слишком много энергии от лазеров, чтобы не разрушиться.

Тем не менее у ряда материалов есть, по крайней мере, некоторые из необходимых качеств, предъявляемых к материалу парусов «StarChips». К ним относятся кристаллический кремний и дисульфид молибдена.

Конструкция паруса

Что касается конструкции паруса, который отражал бы как можно больше света, оставаясь низким по массе, ученые рекомендуют паруса с гексагональными решетками. Это позволит уменьшить их вес. Исследователи также отметили, что управление микроскопической структурой паруса (например, используя чередующиеся слои материала через каждый нанометр расстояния от Земли, миллиард миллиметров), может повысить его отражательную способность. И уменьшить поглощающую.

На необычно высоких скоростях, с которыми будет путешествовать «StarChips», даже незначительные удары могут потенциально разрушить их. Тем не менее предыдущая работа предположила, что молекулы водорода и гелия могут проходить через паруса. И не приводить к таким эффектам. Кроме того, хотя предыдущие исследования предполагали, что каждый парус может столкнуться с миллиардом частиц пыли на пути к Альфе Центавра, такие удары, вероятно, создадут дыры, составляющие менее 0,1 процента от общей площади паруса.

Первоочередные задачи исследований включают изучение того, как различные материалы работают при воздействии мощных лазеров. И при невероятно высоких ускорениях. Кроме того, ученые должны исследовать, как изготавливать и обрабатывать большие листы чрезвычайно тонких пленок. И то, как собирать такие деликатные компоненты вместе в паруса, говорят исследователи.

Рассказать всей Вселенной!
Живой Космос
Добавить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: