Путь в тысячи жизней


Миллиардер Юрий Мильнер и британский физик-теоретик Стивен Хокинг предлагают запустить крохотный нанозвездолет гигантской лазерной катапультой. «Вокруг света» оценивает, сможет ли этот или любой другой космический аппарат добраться до ближайших звезд в течение человеческой жизни

01AFQF0K-1.jpg

Альфа и бета Центавра. Вид на звезды с пляжа Мирамар (Аргентина)

Предложенная Мильнера и Хокингом неожиданная идея ничуть не первая межзвездная инициатива, но одна из немногих, родившихся в XXI веке. Бурное энтузиазм начала космической эры за последние полвека заметно стих. Стало очевидно, что, несмотря на развитие технологий, звезды от нас по-прежнему очень далеки.

Дальние в буквальном смысле. Нашем сознании очень сложно оценить масштабы космоса даже совсем «ближнего» — до соседней звезды. Простой пример: из построенных человеком космических аппаратов самый быстрый и дальше полетел — зонд Voyager 1 . Так вот, почти 40 лет он прошел путь менее чем в 19 световых часов со скоростью 17 км / с. Расстояние до ближайших звезд превышает 4 световых года. На преодоление этого пути Voyager 1 потратит около 80 тыс. Лет.

Однако государства и общественные организации неоднократно совершали попытки разработать аппарат, способный покрывать межзвездные расстояния в течение человеческой жизни. Ход инженерной мысли в этом направлении напоминает эволюцию животного мира: динозавры постепенно вымерли, уступив место маленьким, но эффективным собратьям.

GettyImages-520664302.jpg

12 апреля 2016. Юрий Мильнер и Стивен Хокинг представляют проект Breakthrough Starshot . На заднем плане — Фримен Дайсон, руководитель проекта Orion

Orion

Вес 100000 тонн
1958 год

один из первых проектов до сих пор один из самых реализованных — Orion компании General Atomics и Принстонского института перспективных исследований. Возглавил проект в 1958 году физик Фримен Дайсон, хорошо известный широкой общественности концепцией «Сферы Дайсона» (рукотворного сферического сооружения размером с планетную систему со звездой в центре).

Kosmos-1.jpg

Orion имел использовать в движении принцип ядерно-импульсного двигателя: корабль оснащался бы амортизированной металлической плитой-толкателем в кормовой части, позади которой проводились подрывы ядерных бомб. Сначала такой корабль предназначался для межпланетных перелетов и даже как средство выведения космических аппаратов с Земли на околоземную орбиту. Через 10 лет Orion переориентировали на межзвездные перелеты, заменив ядерные бомбы на термоядерные.

Межзвездный Orion имел весить 100 тыс. Тонн (без топлива), нести на борту 300 тыс. Термоядерных бомб мощностью в 1 мегатонну, разгоняться до скорости в 3% от скорости света и добираться по 133 года до ближайшей звездной системы альфа Центавра. Для сравнения: Международная космическая станция, которую 15 лет строили всем миром, весит чуть более 400 тонн, то есть меньше в 250 раз. Однако проект Orion остается близким к реальности из всех имеющихся, так как базируется на уже существующих технологиях извлечения энергии.

Longshot

Вес 400 тонн
1980-е годы

в 1980-е годы в США предложили новую концепцию межзвездного беспилотного аппарата Longshot . Фактически в Longshot предлагалось использовать два реактора: ядерный и термоядерный. Первый обеспечивал бы питания бортовых систем, системы связи и лазерной системы импульсного термоядерного реактора. Топливные гранулы подрывались под влиянием лазерных лучей.

Kosmos-2.jpg

Longshot имел весить намного меньше «предшественников», не более 400 тонн, и собираться на орбите. Целью полета была выбрана система альфа Центавра, и добираться до нее пришлось бы около 100 лет. Масса полезной нагрузки сократилась уже до 30 тонн, и это позволило уменьшить общую массу звездолета и предусмотреть выход на орбиту соседней звезды. Собранная информация пошла бы на Землю по лазерному лучу мощностью 250 киловатт. Скорость передачи данных от альфы Центавра составила бы всего 1 Кбит / с.

Daedalus

Вес 4000 тонн
1970-е годы

В 1970-е годы Британское межпланетное общество разрабатывало идею звездолета Daedalus ( «Дедал»). В те годы считали, что вот-вот мы научимся использовать термоядерную энергию, поэтому корабль должен был работать на импульсном термоядерном двигателе, использующий энергию слияния ядер атомов гелия-3 и дейтерия в топливных гранулах под влиянием пучков электронов. Формируемая таким образом плазма должна содержаться магнитным зеркалом и направляться в магнитное сопло для придания ускорения звездолета.

Kosmos-3.jpg

Daedalus был бы беспилотником (масса 4 тыс. Тонн без топлива, 54 тыс. Тонн с топливом и 500 тонн полезной научной нагрузки). Аппарат предполагалось сделать двухступенчатым: первая ступень разогнала бы конструкцию до 7% скорости света, а вторая — до 12%. На такой скорости полет к цели, звезды Барнарда (6 световых лет от Земли), составляет 46 лет. Торможение в цели не предусматривалось, поэтому аппарат в момент пролета мимо звезды выпустил бы целый рой исследовательских зондов: они бы собрали максимум информации, изучили возможную планетную систему, передали все на «Дедал», а уже тот переправил бы собраны сведения на Землю. Но термоядерная энергетика так и не появилась на свет, и не обнаружены планеты у звезды Барнарда (нынешние телескопы на это вполне способны), поэтому проект остался на бумаге.

Dragonfly

Вес 3 кг
2015 год

Идея использовать в полете электромагнитные эффекты получила развитие в виде «электрического паруса», которым можно «отталкиваться» от потоков заряженного солнечного ветра и набирать с его помощью скорость до нескольких сотен километров в секунду. Подобный проект HERTS сейчас рассматривает NASA в качестве концепта, но такой двигатель пригоден только для относительно быстрых и небольших межпланетных зондов. Для перелетов между звезд это все равно, к сожалению, слишком медленно. Значит, чтобы увеличить скорость, нужно еще снизить массу.

Kosmos-4.jpg

Расцвет микроэлектроники в начале XXI века и новых технологий спутникостроения подсказали, в каком направлении могут развиваться проекты межзвездных зондов. В 2015 году международная группа студентов из Египта, США, Германии и России предложила разработку космического аппарата микрокласса, массой всего в несколько килограммов. Зонд Dragonfly предполагалось создавать на базе набирает популярность стандарта космических аппаратов CubeSat . Для повышения надежности миссии было предложено не повышать надежность одного аппарата (что сделает его тяжелым и очень дорогим), а запустить огромное количество дешевых зондов в надежде, что хоть один долетит успешно. Малая масса Dragonfly объясняется просто: на его борту не будет вообще никакого топлива. Нужно ускорения предлагается получать с помощью паруса, давление на который обеспечивалось бы мощным световым потоком от лазеров с Земли.

Breakthrough Starshot

Вес 3 грамма
2016 год

Дальнейшее развитие идей Dragonfly произошло в рамках проекта Breakthrough Starshot , который представили весной 2016 Юрий Мильнер и Стивен Хокинг. Теперь предлагается снизить массу еще в тысячу раз и запускать «звездолеты» StarChip размером с почтовую марку и массой в 1-2 грамма. Инициаторы проекта убеждены, что нынешняя динамика развития электроники позволит создать полноценный исследовательский космический аппарат с такими габаритами.Набирать скорость StarChip должны точно так же — с помощью светового паруса и мощной лазерной установки. Лазеры, конечно, нужны совсем не такие мощные, как в проекте Dragonfly . Однако нужно поле размером 10 на 10 километров, уставленный киловаттными лазерами, чтобы придать аппарату нужную скорость в 20% скорости света. Тогда StarChip сможет достичь системы альфа Центавра за 20 лет. На воплощение своей идеи авторы Breakthrough Starshot отводят тоже 20 лет, начальное финансирование определено в 100 000 000 долларов.

Kosmos-5.jpg

Слабые шансы

Немыслимы расстоянии -не единственное препятствие на пути к звездам. Корабль полетит через межзвездные облака пыли и газа, точных концентраций которых сейчас не знает никто. Электронике придется противостоять высокоэнергичных космическим частицам, от которых не спасет никакое экранирование. Для малых аппаратов практически неразрешимой проблемой становится передача данных. Не менее сложной задачей остается получение необходимой энергии для движения. Так, «самый реальный» Orion требует запасов термоядерного оружия в двадцать раз больше, чем сегодня накоплено на Земле. Требует меньше энергии проект Breakthrough Starshot все равно требует лазерной установки площадью 100 квадратных километров, питание которой обеспечивала бы вся атомная энергетика США.

Видя эти пока непреодолимые препятствия на пути к звездам, некоторые серьезные ученые начинают рассуждать о гипотетических средствах передвижения. Еще в прошлом веке рассматривались идеи фотонных звездолетов на антиматерии, которая является самым выгодным топливом по соотношению массы и энергии, выделяющейся. Только вот нет под рукой столько антиматерии, а ее получения в необходимом количестве современными методами вообще невозможно. Сегодня же более популярна идея искажения пространства для потенциально сверхсветовых перелетов. Небольшая лаборатория NASA работает над математической моделью двигателя Алькубьерре, который сжимает пространство перед аппаратом и расширяет за ним. Другие надеются найти гипотетическую червоточину, соединяющий разные точки пространства. Проблема только в том, что червоточины и двигатели Алькубьерре возможны только на досках в виде формул, так как требуют отрицательной массы (можете себе представить звездолет с отрицательной массой?).

Фото: Diomedia, Getty Images

Автор
Виталий Егоров — Популяризатор космических исследований, блогер Zelenyikot. Специалист по связям с общественностью частной космической компании Dauria Aerospace.



Источник ссылка