Альфа Центавра кажется почти в пределах досягаемости, поскольку многообещающие исследования становятся реальностью. Световые паруса когда-то были предметом научной фантастики, и за последние 40 лет они претерпели несколько изменений. Теперь научная фантастика становится реальностью. Достижения в области лазерных технологий и новые сверхпрочные и сверхлёгкие материалы открывают возможность выхода за пределы нашей Солнечной системы в недалёком будущем.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Пенсильвании недавно опубликовали две статьи с описанием различных форм и теплорассеивающих материалов, которые они тестировали для оценки световых парусов, выходящих за пределы предыдущих ограничений. Исследование было проведено в рамках инициативы Breakthrough Starshot, целью которой является отправка
зонда размером с микрочип к системе Альфа Центавра, которая находится на расстоянии чуть более 4 световых лет и является ближайшей и, возможно, самой обитаемой соседней звёздной системой.
Breakthrough Starshot планирует использовать мощную лазерную решётку для продвижения крошечных световых парусов через космос с максимальной скоростью примерно в 20 процентов от скорости света.
В паруса будут встроены крошечные научные инструменты, такие как камеры, магнитометры и коммуникаторы, которые могут передавать информацию на Землю, когда они пролетают через систему Альфа Центавра.
Парашют, который может выдержать высокие температуры
Аасват Раман, профессор кафедры материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, выделил два ключевых элемента для создания функционирующего светового паруса: он должен быть чрезвычайно лёгким и невероятно хорошо отражать или рассеивать тепло.
Ранее протестированные солнечные паруса, использующие импульс солнечных фотонов, для выживания требуют только отражающего майлара или пластика с алюминием. Тем не менее, исследования Рамана сосредоточены на световых парусах, которые будут приводиться в движение лазерными лучами, во много раз более интенсивными, чем лучи Солнца, а отражающие световые паруса из майлара или пластика быстро разрушатся под воздействием таких мощных лазеров.
Опубликованное в январе исследование описывает секретные ингредиенты, которые могут помочь таким световым парусам рассеивать обильное тепло, которое накапливается при наведении на них лазеров: дисульфид молибдена в 2H-фазе, кристаллический нитрид кремния и наноразмерные образцы. Сетчатая ткань паруса, толщиной с человеческий волос, специально разработана, чтобы выдерживать тепло, эффективно собирая лазерный свет, поэтому он будет быстро ускоряться, уменьшая потребность в длительном воздействии лазерного луча.
Также неотъемлемой частью исследования был вклад Игоря Баргатина, профессора кафедры машиностроения и прикладной механики Пенсильванского университета. Баргатин был не только соавтором статьи Рамана, но и руководил собственным исследованием, опубликованным в декабре прошлого года. В своей работе он описывает и рассчитывает, какие формы и общая механика наиболее подходят для светового паруса с лазерным приводом. Баргартин обнаружил, что световой парус должен иметь кривизну, чтобы он мог вздуваться и не рваться. Эта кривизна также должна быть значительной, при этом идеальный световой парус должен быть примерно такой же глубины, как и его ширина. Это сделало бы световой парус больше похожим на обычный парашют, чем на корабельный парус.
Ещё одним соображением было сделать световой парус очень тонким, но не слишком тонким. «Он движется с гораздо большей скоростью, чем любой другой космический корабль, поэтому мы должны были учитывать, что интенсивность света будет значительной, а значит, чрезвычайно тонкой. Мы находили тот баланс светового давления, который не порвётся в фазе разгона», — сказал Баргатин. Сейчас он проверяет некоторые теории и создаёт прототипы, результаты которых должны быть опубликованы в следующем году или около того.
Фото: focus.ua
Дип Джаривала, профессор кафедры электротехники и системотехники Пенсильванского университета, вместе с другими работает над изготовлением деталей для прототипа светового паруса. Но независимо от того, достигнут ли эти исследователи когда-либо высокой миссии, поставленной Инициативой Starshot, Баргатин и Раман считают, что их работа также может найти применение намного ближе к Земле.
«Этот конкретный проект имеет экстремальный набор ограничений или требований, потому что цель очень агрессивная. Мы можем сделать это в течение следующих нескольких десятилетий, но всё, что мы узнаем о парусах на основе лазера, также может помочь нам добраться до Нептуна или Урана, которые, как считалось, были недосягаемы для солнечных парусов», — сказал Раман.
Прогресс с Breakthrough Starshot всё ещё находится на очень ранней стадии разработки. Но с тех пор, как проект был запущен в 2016 году, Ави Леб — председатель консультативного комитета Starshot и профессор астрономии и космологии Гарвардского университета — не думает, что они столкнулись с какими-либо технологическими проблемами, которые нарушают условия сделки, или с тем, что он любит называть «демонстративными».
На самом деле, Леб сказал, что в разработке светового паруса наблюдался наибольший прогресс, в то время как разработка коммуникационных аспектов миссии была гораздо более сложной.
Он объяснил, что передача информации становится намного тусклее на расстояниях в световой год, не говоря уже о том, что для того, чтобы сигнал достиг Земли, потребуется более четырёх лет.
На проект Breakthrough Starshot было выделено более 100 миллионов долларов на следующие десять или более лет исследований. Однако Леб считает, что расследование может занять ещё как минимум пару десятилетий и, возможно, станет одним из самых дорогостоящих космических проектов, которые когда-либо видели. Но для него это достойная инвестиция. Мало того, что технологические достижения, созданные в рамках проекта Breakthrough Starshot, распространятся в реальном мире здесь, на Земле, Леб считает, что знание того, что находится за пределами нашей Солнечной системы, важно для будущих поколений.