Мрія про подорож до іншої зіркової системи та, можливо, навіть пошуку там населених світів - така, яка зайняла людство протягом багатьох поколінь. Але лише до епохи космічних досліджень вченим вдалося дослідити різні методи здійснення міжзоряної подорожі. Незважаючи на те, що протягом багатьох років було запропоновано багато теоретичних конструкцій, останнім часом велика увага приділяється міжзоряним зондам з лазерним приводом.
Перше концептуальне дизайнерське дослідження, відоме як Project Dragonfly, було влаштовано Ініціативою Міжзоряних досліджень (i4iS) у 2013 році. Концепція закликала використовувати лазери для прискорення легкого вітрила та космічних кораблів до 5% швидкості світла, таким чином досягаючи Альфи Кентаврі приблизно через століття. У недавньому документі одна з команд, яка брала участь у конкурсі дизайнерів, оцінила доцільність їхньої пропозиції щодо ліхтаря та магнітного вітрила.
Документ під назвою "Проект Стрекоза: Парус до зірок" нещодавно був опублікований у науковому журналі Astra Astronautica. Дослідженням керували Тобіас Хафнер, випускник Тулузи Université Paul Sabatier (UPS) та чинний системний інженер ТОВ «Відкритий Космос». До нього приєдналися члени Oxford Space Systems, Вищого університету підвищення кваліфікації (SOKENDAI) та AKKA Technologies.
Що стосується концепцій міжзоряної місії, одним із найбільших каменів спотикання завжди був час подорожі. Як ми показали в попередній статті, для проїзду до Альфи Центавра знадобилося б від 1000 до 81 000 років, використовуючи сучасні технології. Незважаючи на те, що існує декілька теоретичних методів, які можуть запропонувати коротший час подорожі, вони або передбачають фізику, яка ще не доведена, або будуть надмірно дорогими.
Звідси привабливість ліхтаря, який використовує новітні розробки в мініатюризації для створення менших і менш дорогих космічних кораблів. Ще одна перевага, принаймні теоретично, полягає в тому, що такий космічний корабель міг би бути прискореним до частки швидкості світла, і тому він міг би пройти величезну відстань між нашою Сонячною системою та найближчою зіркою за кілька десятиліть чи одного століття .
Як зазначалося, i4iS - волонтерська організація, яка займається реалізацією подорожей по міжзоряному простору реальністю в найближчому майбутньому - розпочала перше концептуальне дослідження дизайну світлових ліхтарів ще в 2013 році. Це було проведено в 2014 році з конкурсом на розробку космічного корабля, який би бути здатним досягти Альфа Центавра протягом 100 років, використовуючи існуючі або найближчі технології.
Четверо фіналістів представили свої проекти на семінарі, проведеному в Британському міжпланетному товаристві в липні 2015 року. Концепція, представлена командою Технічного університету Мюнхена, виграла, яка потім запустила кампанію Kickstarter зі збору грошей на їх дизайн. Дизайн, представлений командою з Каліфорнійського університету, Сан-Дієго, згодом перетворився на дизайн проекту «Прорив Зірки проривних ініціатив».
Ведучий Хафнер та його колеги були частиною команди CranSEDS, яка складалася з інженерів та вчених з Кренфілдського університету у Великобританії, Інституту науки і техніки Сколково (Skoltech) у Росії та UPS у Франції. У цьому останньому дослідженні він та деякі його колишні члени команди представили свою місію як частину техніко-економічного обґрунтування.
Заради цього дослідження вони розглянули кожен аспект архітектури місії ліхтаря. Це залежало від розміру вітрила, матеріалів, які використовувались для його побудови, розміру лазерної апертури, розташування лазера, ваги космічного корабля та способу, який використовував космічний апарат для зменшення темпів, коли він наблизився до свого пункту призначення.
Врешті-решт, архітектура місії, яку вони придумали, закликала використовувати 100 ГВт лазерної потужності для прискорення космічного корабля 2750 кг (~ 6000 фунтів) до 5% швидкості світла - в результаті чого час подорожі становив близько століття до Альфа Центавра. Парус буде складатися з одношарового графена діаметром 29,4 км (18,26 миль), таким чином, потрібен лазер із діафрагмою діаметром 29,4 км.
Цей лазер розміщувався б поблизу Сонця (або в точці Лагранжа Земля-Сонце, або на орбіті Цислунар), і живився б від масивних сонячних батарей. Щоб уповільнитись, космічний апарат витіснив легке вітрило і розгорне магнітне вітрило, що складається з металевих проводів. Це вітрило утворювало б петельну структуру діаметром приблизно 35 км і вагою 1000 кг (2200 фунтів).
Після розгортання магнітне вітрило перехоплюватиме плазму від міжзоряного середовища та сонячний вітер з Альфи Кентавра, щоб уповільнитись та увійти в систему. Ця архітектура, підсумовують вони, дозволила б досягти балансу між масою та швидкістю, дозволила б місії досягти Альфи Центавра лише за понад 100 років та дозволила їй проводити наукові операції після прибуття.
Як вони зазначають у своєму дослідженні, цей тип архітектури місії пропонує багато переваг, не останньою з яких є той факт, що більший космічний апарат міг би більше переносити інструменти та збирати більше наукових даних, ніж космічний апарат у масштабі грам (як з проривом Starshot's StarChip). Як вони зробили висновок:
"І лазерний, і магнітний вітрила мають перевагу, що транспортувати в космічному апараті не потрібно транспортувати паливо ... Місія базується на технологіях, які є в даний час або знаходяться в стадії розробки, але потребуватимуть значних удосконалень, щоб фактично створити необхідну космічну інфраструктуру ... З лазерна система використовується протягом розумного періоду часу, коли використовується базовий рівень місії для космічних кораблів. Отримані уроки та дані, зібрані з першого космічного корабля, можуть бути використані для вдосконалення наступних. "
Вони також визнають проблеми, які матиме перед собою така місія, які включають потребу у кілометрових структурах у просторі. Такі споруди повинні бути побудовані на орбіті, що вимагало б спочатку розробити споруди виготовлення орбіт. І звичайно, лазер та інші важливі системи потребуватимуть подальшого вдосконалення та розвитку. Тим не менше, концепція, згідно з їх дослідженням, є здійсненною та технічно обґрунтованою.
У деяких, однак, є свої сумніви. Наприклад, є доктор Клавдій Грос, фізик-теоретик з Інституту теоретичної фізики Університету Гете у Франкфурті. Грос - давній прихильник використання технології лазерного вітрила для побудови міжзоряного космічного корабля, і провів теоретичну роботу з використання магнітних вітрил для уповільнення такого космічного корабля.
Він також є засновником Project Genesis, що пропонує відправити космічні кораблі з лазерним вітрилом, оснащені генними фабриками або кріогенними стручками, в інші зіркові системи, де вони поширюватимуть мікробне життя на «перехідні житлові екзопланети - тобто планети, здатні підтримувати життя, але не може породжувати це самостійно. Як він висловився Space Magazine електронною поштою:
“Що стосується уповільнення магнітного поля, то фактично неможливо в межах прийнятих параметрів. Потрібно магнітне вітрило вагою в кілька сотень тонн, щоб корабель здійснював круїз із 5% швидкості світла і коли він повинен зупинитися протягом 20 років, як це передбачається в цій статті. Для прискорення такого важкого судна знадобиться набагато сильніші системи запуску ».
Концепція використання лазерних або сонячних вітрил для проведення міжзоряних місій має глибокі корені. Однак лише протягом останніх років зусилля по створенню таких космічних апаратів справді об'єдналися. В даний час існує багато концепцій, які пропонують різні архітектури місій, всі вони мають свою частку викликів та переваг.
Зараз в розробці декілька пропозицій - що включає пропозицію Гефнера та його колеги, концепцію ii4S Dragonfly і Прорив Starshot - буде дуже цікаво побачити, які (якщо такі є) із сучасних концепцій ліхтарів спробують здійснити подорож до Альфи Центавра в найближчі десятиліття.
Це буде той, який потрапить туди протягом нашого життя, або той, хто здатний передати більше за допомогою наукових даних? Або це може бути поєднання двох, якась короткострокова / довгострокова угода? Важко сказати. Справа в тому, що мрія про створення міжзоряної місії може не залишатися мрією довше.
