Наш ближайший космический сосед, звезда Проксима Центавра, находится на расстоянии 4,24 световых лет от Земли. Это эквивалентно внушительным 40 триллионам километров или 25 триллионам миль. Даже при нынешней невероятной скорости космического аппарата NASA «Вояджер-1», составляющей около 56 000 км/ч, путешествие к этой звезде заняло бы баснословные 73 тыс. лет. Легко понять, почему современные технологии кажутся нам неспособными подарить такие долгожданные межзвездные приключения.
Но в этом году NASA сделала колоссальный шаг вперед, приблизив нас к реальным межзвездным путешествиям. С космодрома в Новой Зеландии был успешно запущен усовершенствованный композитный солнечный парус. Это событие ознаменовало начало новой эры в космических исследованиях.
Затаив дыхание, искушенные специалисты и любители научной фантастики наблюдали за этим важным событием. Ведь именно новая система — паруса из легких материалов, движущие корабль силой света вместо традиционных ракет, — может открыть перед человечеством дверь в неизведанные и невероятные путешествия по Вселенной.
Магия солнечных парусов
Когда дело касается космических путешествий, большинство кораблей, таких, как легендарные «Вояджер-1» и «Вояджер-2», движутся благодаря ракетным двигателям. Они использует силу выбрасываемого топлива для продвижения вперед.
Эти методы работают превосходно, пока не исчерпывается запас горючего. И в этом главный подвох: такие системы ограничены в скорости, потому что топливо — это нечто тяжелое и нужно его много, чтобы преодолеть земное притяжение.
Однако что, если бы существовал практически неистощимый источник топлива? Как оказалось, такой источник действительно существует — и это наше Солнце.
Солнечный свет, состоящий из частиц, известных как фотоны, обеспечивает значительный потенциал. Несмотря на то, что фотоны не имеют массы, у них есть импульс. Используя большие отражающие паруса, космический корабль может ловить этот импульс, когда фотоны ударяются о поверхность и отскакивают от нее.
Здесь, на Земле, такая энергия не принесет много пользы — именно поэтому никто еще не пересек Атлантический океан на солнечной энергии. Причина тому — наша атмосфера. Но в космосе, где отсутствует сопротивление воздуха, даже небольшое воздействие солнечных лучей может оказать нужное действие.
Профессор Патрик Джонсон, автор книги «Физика звездных войн», поясняет: «Хотя каждый фотон имеет крохотный импульс, Солнце выпускает их невероятное количество. Со временем, хотя ускорение будет медленное, оно будет непрерывным, пока видно свет звезды».
В сущности, такие системы аналогичны обычным парусным лодкам — можно даже воспользоваться «ветром», чтобы оттолкнуться от Солнца и двигаться в обратном направлении, если потребуется. Это открывает невероятные перспективы для будущих космических путешествий.
Как быстро может путешествовать межзвездный исследователь на солнечной энергии?
Скорость, с которой межзвездный исследователь, использующий солнечную энергию, может перемещаться, зависит от трех ключевых факторов: размеров солнечного паруса, массы космического корабля и дистанции от Солнца.
Первые два фактора довольно легко оптимизировать. Необходимо просто разработать солнечный парус максимального размера и сделать его как можно легче.
Что касается расстояния от Солнца, здесь ситуация немного сложнее. Свет от такого источника, как наше Солнце, подчиняется закону обратных квадратов. Это значит, что каждый раз, когда расстояние до нашей звезды удваивается, поток солнечного света, который достигает паруса, уменьшается вчетверо.
Но нашлись ученые, которые изобрели несколько методов, чтобы преодолеть вызов, бросаемый гигантскими расстояниями.
Одним из таких методов является маневр «рогатка». Его уже активно используют многие космические корабли для путешествий по Солнечной системе. По оценкам NASA, если запустить небольшой спутник вокруг Солнца на расстояние от двух до пяти солнечных радиусов (то есть 1,4−3,5 миллиона километров), он сможет развить скорость свыше 108 тыс. км/ч — это примерно вдвое больше, чем скорость легендарного «Вояджера-1».
Возможно ли достичь большего? Миссия к Альфа Центавре
В 2016 году инновационная компания Breakthrough Initiatives представила амбициозные планы: отправить миссию к тройной звездной системе Альфа Центавра. Для этого они планируют использовать мощные лазеры, чтобы придать космическому кораблю дополнительное ускорение.
На теоретическом уровне эти корабли могут разгоняться до головокружительной скорости, приближающейся к 20% от скорости света, что эквивалентно 216 млн км/ч. При таких показателях путешествие к Альфа Центавра займет всего около 20 лет.
«Потрясающе и одновременно забавно сознавать, что в течение моей жизни мы способны отправить искусственный космический корабль в другую звездную систему», — делится своими мыслями Джонсон. «У нас есть необходимая технология; все, что нужно, это финансирование для реализации этого».
Волнения и опасения
Несмотря на всеобщее возбуждение, Джонсон также отмечает некоторые нерешенные вопросы: «Я не уверен, что произойдет, если направим наш самый мощный лазер на одну из наших конструкций. Возможно, нам придется беспокоиться о том, что луч отразится обратно на Землю и выжжет лес или что-то в этом роде. Это, конечно, то, чего мы хотим избежать».
Могут ли люди однажды отправиться к другой звезде? Эксперты предполагают, что эта технология может в будущем сделать нас межзвездным видом, хотя пока до этого довольно далеко. Разница между запуском небольшого беспилотного спутника и масштабной миссией по отправке людей межпланетного масштаба колоссальна.
На Земле потребуется более крупный корабль, который будет включать всю необходимую инфраструктуру для многолетнего путешествия — от производства продуктов питания до медикаментов и всего прочего.
Также следует учитывать релятивистские эффекты, так как время для путешественников будет течь медленнее, если они будут двигаться на значительной доле от скорости света. Эксперты утверждают, что при скорости 20% от скорости света эти эффекты будут небольшими, но все же заметными.
Стоимость миссии как главное препятствие
Самым большим вызовом остается стоимость. Хотя сейчас это кажущаяся наука из фантастики, специалисты надеются, что в будущем расходы снизятся, особенно когда на Луне и Марсе появятся человеческие колонии.
Уникальная композитная солнечная система, разработанная NASA, представляет собой демонстрацию передовых технологий солнечных парусов, призванную испытать новое легковесное крыло, созданное из гибких полимерных и углеродных волокон.
Когда аппарат достигнет орбиты на высоте около 1 тыс. км над Землей, маленький спутник CubeSat 12U размером с обычную микроволновку начнет разворачивать свои паруса.
Процесс развертывания, который займет примерно 25 минут, включает развертывание парусов общей площадью 80 квадратных метров (почти половина теннисного корта). На борту спутника установлены камеры, которые будут фиксировать это захватывающее зрелище, так что вскоре нас ожидают впечатляющие кадры из космоса.
Из-за больших светоотражающих поверхностей паруса космический аппарат можно будет легко увидеть с Земли — он может сиять так же ярко, как Сириус, самая яркая звезда на ночном небе.
«Семиметровое развернутое крыло может складываться в форму, которую можно удерживать одной рукой», — отметил Алан Роудс, главный системный инженер миссии в заявлении NASA.
После ввода в эксплуатацию команда NASA запланировала испытания серии маневров с солнечными парусами для изменения орбиты аппарата и сбора ценных данных для будущих миссий по использованию солнечных парусов.