Прорив проекту Starshot: ви будете літати з Землі до системи Alpha Centauri на швидкості 20% світла?

У художній фантастиках, космічних кораблях давно рухалися навколо Всесвіту за допомогою «хреї», гіперприводів та інших систем, явищ і приладів. Пороги або гіпердрайви, згідно з деякими науковцями, не є казкою, і теоретично можливе їх створення. Але не зараз і не в найближчому майбутньому – ми просто не маємо необхідних знань і технологій.

Що пролетіти до іншої зірки на 15-20% світла? Це дуже реальний. Так говорять науковці, популяризації науки, скажуть автори проекту Ініціативи прориву, які працюють над проектом Прорив Старонім. Метою проекту є створення космічних апаратів з легкими вітрилами, які можуть досягати системи Alpha Centauri протягом 20-30 років. Для того, щоб потрапити в цю систему в такий час, космічний апарат повинен подорожувати на швидкості 15% до 20% швидкості світла.

Який план?
12 квітня цього року на прес-конференції в Нью-Йорку відбулася головна ідея проекту. Засновниками прориву Starshot є Юрій Мілнер і Стівен Гокін. До ініціативної ради проекту входять Марк Закерберг, голова Facebook. На думку Мілнера, вартість проекту не так висока – 5-10 мільярдів доларів США. Перший корабель, він вірить, може піти в зірку 20 років.

У рамках прориву Starshot планується запустити базовий корабель, який поставить багато малих космічних апаратів на орбіту. З землі сонячні вітрила цих пристроїв будуть уражені лазерним променем. Лазери досить потужні, планується відправити кілька лазерних променів загальною потужністю 1 теражулу на сонячні вітрила розміром 4 * 4 м (за деякими даними - 100 гigajoules).



За допомогою лазера мініатюрні космічних апарати зацікавлять систему Alpha Centauri, лазер прискорить зонди до необхідної швидкості. Коли (і якщо) Земельні пристрої там, вони зможуть взяти фотографії всієї системи. Усього, близько 1000 мініатюрних зірок буде відправлено до Альфа-центрурі. Пристрої передачі даних на землю за допомогою мініатюрної лазерної системи - сонячний вітрильник послужить антеною. Кожен зонд складається з камери, сонячної вітрила, системи передачі даних, джерела живлення флутонію.

І тепер проблеми.
Сам проект виглядає досить реалістично - напевно можна запустити міні-старти. І досягти швидкості 15-20% світла, ймовірно, теж. Але є проблема тут. Справа в тому, що при такій високій швидкості для зонду буде проблема не тільки метеорит або пил, небезпечні стають зіткненнями навіть з індивідуальними атомами. Зараз вчені намагаються зрозуміти, наскільки небезпечні такі зіткнення будуть і як часто вони відбуваються. Насправді, саме тому планується відправити 1,000 транспортних засобів - за авторами проекту, певний склад зон зондів залишиться непристойним.

Основна проблема полягає в тому, що міжзоря простір не порожній. Тут є пил, і там досить багато, є індивідуальні атоми, які ще більше. Всі ці об'єкти несуть реальну небезпеку для зондів.

Атомий Зіткнення з атомом не так небезпечно, але енергія, випущена під час зіткнення, вже є важливою проблемою. Коли енергія виділяється, тіло або окремі елементи зонди підіграють. Температура буде настільки високою, що на місці зіткнення матеріал зонду просто випаровується. Або просто розтопити, що призведе до змін властивостей матеріалу.

За допомогою відомих даних про концентрацію міжземельного газу автори виконували деякі розрахунки для отримання більш-менш реальної інформації про наслідки таких зіткнень. Як виявилося, найбільш рясний водень і гелій в Всесвіті не позбавляють суттєвої проблеми. Найгіршим буде зонди в зіткненнях з важкими атомами елементів, таких як кисень, магній, залізо.

Згідно з експертами, великогабаритні атоми зможуть випаровувати або розтопити матеріал зондового тіла в межах 0,1 мм. Небагато, але якщо атоми поширені, то зонд буде у великій небезпекі.

Пиломатеріали й Це дещо інша проблема. Пил утворюється з атомів і молекул елементів, що важче водню або гелію. Пил, навіть найменший, набагато більше, ніж індивідуальний атом. І наслідки зіткнення з частинками пилу для зонду буде більш важким, ніж зіткнення з атомами. Відносно великі пилові частинки — одна частинка — може відключити весь апарат. Розмір такої частинки оцінюється на 15 мікрометрах. На щастя, пил цього розміру досить рідкісний в міжзорому просторі, тому ймовірно, що не всі зонди будуть відповідати на шляху з цією небезпекою. По суті, ймовірність того, що з'являється 15 мікрометрових частинок або більша частка легенів незначна.

Невеликі частинки пилу знищать організм на значно більшій кількості, ніж атоми. Кожна частинка випаровується матеріалом в 1,5 мм поверхні апарату. Але матеріал буде плавати на глибину до 1 см. З огляду на мініатюру зондів, це дуже значне.

Як уникнути небезпеки знищення зонда?
Існує кілька способів уникнути руйнування зондів на шляху до цілі. Один з них - розмістити сонячні вітрила за спеціальним щитом. Корпус зонду буде сформований у вигляді кулі, щоб мінімізувати ймовірність зіткнення з небезпечними частинками пилу або атомами.



Щоб поглинати тепло, тіло зонда пропонується покрити шаром графіту. Цей матеріал буде розсіювати тепло, забезпечуючи мінімальний вплив частинок і зіткнень на зонд.

І ще одна проблема, не так очевидна. Коли речовина випаровується в момент зіткнення, напрямок руху пристрою і його швидкість буде змінюватися. 1-2 стикається з частинками пилу не змінить багато, але якщо такі зустрічі відбуваються постійно, пристрій може сильно відхилити від початкової траєкторії, швидкість також істотно зміниться. Пробе в цьому випадку не досягне мети на всіх, або буде літати, але час подорожі буде збільшуватися. Що робити з цими проблемними експертами ще не приходять. Згідно з експертами проекту, кожен фронтовий квадратний сантиметр буде співати при високій швидкості з близько тисячі частинок 0,1 мкм і вище.

Крім перерахованих вище, є також технічні труднощі. Справа в тому, що зонд повинен бути дуже мініатуріфікований для задоволення масового ліміту. Всі елементи зонда повинні витримати екстремальні умови зовнішнього простору і прискорення. І орієнтуючись на найбільш потужні лазери на сонячні вітрила зондів - це завдання, що зараз люди не зможуть впоратися з низкою технічних проблем. За даними економіста, реалізація проекту буде можливо тільки після поліпшення кількості сучасних технологій декількома замовленнями величини.

У будь-якому випадку, сам проект набагато більш реальний, ніж всі інші, які вимагають як ядерні двигуни, так і антиматтер, або пригнічений диск і інші технології, які ще є одними з проектів дуже далекого майбутнього.

Джерело: geektimes.ru/post/279768/