RW Space

Доставить космический корабль к другой звезде — непростая задача. Однако это не мешает людям работать над этим.

Наиболее заметными группами, которые в настоящее время этим занимаются, являются Breakthrough Starshot и Tau Zero Foundation, обе из которых сосредоточены на очень специфическом типе двигательных лучей. .

Доклад председателя правления Tau Zero Джеффри Грисона и Геррита Брюхауга, физик Лос-Аламосской национальной лаборатории, специализирующийся на лазерной физике, изучает физику одной из таких технологий — релятивистского электронного луча — как с его помощью можно подтолкнуть космический корабль к другой звезде.

При разработке миссий такого типа необходимо учитывать множество факторов. Один из самых важных из них (в буквальном смысле) — насколько тяжел космический корабль.

Breakthrough Starshot фокусируется на крошечной конструкции с гигантскими солнечными «крыльями», которые позволят им долететь на луче света до Альфы Центавра. Однако для практических целей зонд такого размера не сможет собрать фактической информации практически полностью, как только он прибудет туда – это скорее инженерный подвиг, чем настоящая научная миссия.

С другой стороны, в статье рассматриваются зонды размером примерно до 1000 кг – примерно такого же размера, как зонды «Вояджер», построенные в 1970-х годах. Очевидно, что с помощью более продвинутых технологий на них можно было бы установить гораздо больше датчиков и элементов управления, чем было в этих системах.

Но перемещение такого большого зонда с помощью луча требует другого конструктивного рассмотрения – какой тип луча?

Даже этого крохотного количества времени может быть достаточно, чтобы разогнать зонд до приличной межзвездной скорости, но только если это крошечный, и лазерный луч его не поджарит. В лучшем случае лазер потребуется включить лишь на короткий период времени, чтобы разогнать зонд до крейсерской скорости.

Однако авторы статьи придерживаются другого подхода. Вместо того, чтобы обеспечивать электроэнергию лишь на короткий период времени, почему бы не делать это в течение более длительного периода? Это позволило бы создать больше силы и позволило бы гораздо более мощному зонду двигаться со скоростью, соответствующей проценту от скорости света.

Большая часть статьи посвящена этому подробно, уделяя особое внимание релятивистским электронным пучкам. В этой концепции миссии, известной как Sunbeam, будет использоваться именно такой луч.

Использование электронов, движущихся на такой высоте Скорость имеет несколько преимуществ. Во-первых, электроны относительно легко разогнаться до скорости света – по крайней мере, по сравнению с другими частицами. Однако, поскольку все они имеют одинаковый отрицательный заряд, они, скорее всего, будут отталкиваться друг от друга, уменьшая эффективную силу луча.

Это не такая уж большая проблема на релятивистских скоростях из-за явления, обнаруженного в ускорителях частиц, известного как релятивистский пинч. По сути, из-за замедления времени при движении с релятивистскими скоростями относительного времени, которое испытывают электроны, недостаточно, чтобы начать отталкивать друг друга в сколько-нибудь значимой степени.

Расчеты, приведенные в статье, показывают, что такой луч может обеспечить мощность на расстоянии до 100 или даже 1000 а.е., что намного превышает возможности любой другой известной двигательной установки. сможет оказать влияние. Это также показывает, что в конце периода активации луча зонд массой 1000 кг может двигаться со скоростью 10% скорости света, что позволяет ему достичь Альфы Центавра чуть более чем за 40 лет.

Однако, чтобы это произошло, необходимо преодолеть множество проблем – одна из которых заключается в том, как сформировать такую ​​большую мощность в луч в первое место. Чем дальше зонд находится от источника луча, тем больше энергии требуется для передачи той же силы.

Оценки варьируются до 19 гигаэлектронвольт для зонда на расстоянии 100 а.е., луч довольно высокой энергии. хотя это вполне доступно нашим технологиям, поскольку Большой адронный коллайдер может формировать пучки с на порядки большей энергии.

Чтобы уловить эту энергию в космосе, авторы предлагают использовать инструмент, которого еще не существует, но, по крайней мере, теоретически мог бы, – солнечный статит. Эта платформа будет располагаться над поверхностью Солнца, используя комбинацию силы от толчка света звезды и магнитного поля, которое использует магнитные частицы, излучаемые Солнцем, чтобы удержать его от падения в гравитационный колодец Солнца.

Он будет располагаться так близко, как самый близкий к Солнцу солнечный зонд Паркер, а это означает, что, по крайней мере теоретически, мы может создавать материалы, способные противостоять этому тепла.

Само формирование луча будет происходить за массивным солнцезащитным экраном, что позволит ему работать в относительно прохладная, стабильная среда, а также возможность оставаться на станции в течение нескольких дней или недель, необходимых для того, чтобы вытолкнуть зонд массой 1000 кг как можно дальше.

Это причина использования статуэтки, а не орбиты – она может оставаться неподвижной относительно зонда и не беспокоиться о том, что ее закроет Земля или Солнце.

Все это пока еще из области научной фантастики, поэтому авторы встретились в первую очередь – на Discord-сервере ToughSF , где любители научной фантастики собраться.

Но, по крайней мере теоретически, это показывает, что можно провести научно полезное исследование до Альфы Центавра за время человеческой жизни с минимальными достижениями существующих технологий.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.