Этот высокоскоростной космический парус может доставить нас к следующим звездным системам.

Всего в 4 световых годах от нашей Солнечной системы находится Альфа Центавра, еще один оживленный космический район. Он установлен три звезды Обладая той же функцией, что и наше Солнце, оно имеет планеты, похожие на наши знаменитые восемь тел, и может иметь близнеца Земли. Побродить в обитаемой зоне. Почти как альтернативная реальность, звездная система представляет собой сбивающую с толку область для исследователей космоса.

Есть только один явный случай. С нашими современными технологиями отправленный космический корабль не достигнет Альфы Центавра примерно до 82022 года. Вот почему в 2016 году покойный астрофизик Стивен Хокинг и инвестор Юрий Мильнер Запущен Взлом Starshot — Инициатива по отправке космических зондов размером с пластину к Альфе Центавра со скоростью 20% скорости света.сократив огромное время в пути до 20 лет.

Их схема фокусируется на оптическом парусе, который использует энергию фотонов, также известных как частицы света, излучаемые наземным лазером, а не ветром, как традиционный парус. Хотя она идеально вписывается в научно-фантастическую технологию «Звездного пути», эта идея приобрела такую ​​популярность, что исследователи во всем мире начинают изучать, как заставить инопланетный гаджет работать, надеясь создать гипердвигатель, который взорвется через вселенную со скоростью головокружительные показатели.

Одна такая команда из Университета Пенсильвании решает большую часть головоломки. в Пара статей, опубликованных в этом месяце в Nano LettersИ Исследователи предложили способ гарантировать, что эти инновационные космические аппараты не будут разорваны интенсивными лазерными импульсами во время межзвездного полета в течение двух десятилетий. По сути, исследователи предполагают, что парус должен «течь» в космическом вакууме, как паруса обычных лодок среди земных ветров.

«Некоторые показатели легких парусов с самого начала были зашкаливающими, некоторые — нет, но они недостаточно хорошо изучены», — сказал автор исследования Игорь Баргатин, доцент кафедры машиностроения и прикладной механики Пенсильванского университета. «Что мы сделали, так это показали, что вам определенно нужно раздуваться.

«Мы поняли, что люди не особо рассматривали механизмы проблемы, в частности, возможность плакать», — добавил Баргатин. «Мы хотим убедиться, что эта идея реализована, а когда она реализована, люди обращают внимание на то, что может произойти во время акселерации.

«Мы не хотим, чтобы эти паруса вышли из строя».

Параметры межзвездного корабля

Представьте себе лодку, выходящую в море с прикрепленным к ней парусом. Парус будет подниматься при каждом порыве ветра и толкать корабль вперед. Эта тяга вызвана отдачей ветра, ударяющего о парус, создавая давление.

Световые паруса мало чем отличаются.

«Когда фотоны попадают в наш световой парус, они отражаются и создают давление», — сказал Баргатин. «Точный механизм немного отличается, потому что мы говорим о свете, а не о настоящих молекулах воздуха. Но в любом случае он создает давление». На самом деле такие устройства уже доказали свою эффективность.

В 2010 году Японское агентство аэрокосмических исследований Он запустил миссию на легком парусе под названием «Икарос». Она считала это успехом. в 2019 году, Демонстрация LightSail 2 Партнерский иск. Финансируемая кампанией Kickstarter, начатой ​​Биллом Наем и Нилом Деграссом Тайсоном, она запустила в космос небольшой спутник, используя чистую энергию фотона.

Но и Ikaros, и LightSail 2 используют свет, излучаемый солнцем, в отличие от лазерного видения Breakthrough Starshot.

Хотя солнечный свет снижает риск слез, он слишком слаб для попытки Звездного выстрела. Кроме того, говорит Баргаттин, световые импульсы Starshot должны возникать в течение относительно короткого времени, потому что, как только световой парус оказывается слишком далеко от Земли, ученые теряют способность эффективно ускорять его.

Короче говоря, чтобы достичь одной пятой скорости света — так, чтобы он мог достичь Альфы Центавра за требуемые двадцать лет — в строгом окне, свету потребуются чрезвычайно сильные световые импульсы, которые возможны только с помощью лазера.

«Расчетное давление на наши фотонные гвозди невелико», — сказал Баргатин. «Это почти как копейка в руке». С научной точки зрения, давление в сумме составляет около 10 Па, говорит Баргатин, но подумайте, как мы живем, не беспокоясь о световом давлении. Абсолютно.

Десять Па световой мощности требуют большого количества лазерной энергии, поэтому, в отличие от танца нежного солнечного света Икара, легкие гвозди, испускаемые чрезвычайно резкими лазерными импульсами, могут быть повреждены.

Как построить постоянный световой парус

По словам исследователей, мощные лазерные импульсы могут создавать давление, достаточно сильное, чтобы выгнуть и разорвать пластину, как парус туго натянутой лодки, которая может взорваться, если попадет в гигантский ураган.

Они считают, что огни должны иметь возможность «выпячиваться» и образовывать несколько изогнутую форму, похожую на навес. Баргатин поясняет, что длина паруса и радиус закругления должны быть около 3 метров. В своих новых статьях авторы описывают геометрические измерения, обеспечивающие оптимальное растяжение.

Даже легкий парус, защищенный от разрывов, встретит другие препятствия. Чтобы преодолеть такие проблемы, основным параметром, который необходимо учитывать, является парусный материал. Панели должны быть прочными для долговечности и легкими для снижения мощности лазера и эффективного отражения света для оптимальной тяги и рассеивания тепла, выделяемого лазерными импульсами.

Баргатин говорит, что если не позаботиться о последней части, то она может буквально уплыть слияние в пространстве.

«Можно придумать ряд материалов. Толщина этого материала и криволинейная геометрия позволят парусу выдерживать нагрузки, для которых мы в настоящее время проектируем», — сказал Баргатин, отметив, что его команда в основном ищет материал под названием молибден. дисульфид.

Однако, по большому счету, создание массивного лазерного массива, посылающего луч света вперед, было бы серьезным препятствием. По словам Баргатина, исследователи, работающие в области космической связи, также все еще выясняют, как получать информацию от зонда с микрочипом, прикрепленного к оптическому парусу.

Если механизм Breakthrough Starshot однажды заработает, это станет истинным свидетельством гениальности человечества в науке. Объявляя огромные цели организации шесть лет назад, Памятник Хокингу:

«Я думаю, что то, что делает нас уникальными, — это выход за пределы наших возможностей. Гравитация прижала нас к земле, но я только что улетел в Америку. Я потерял голос, но все еще могу говорить благодаря моему устройству синтеза голоса. эти пределы?»

С нашими умами и нашими машинами.