RW Space

На протяжении поколений люди мечтали о путешествии в другие звездные системы и ступлении на чужие миры. Мягко говоря, межзвездное исследование — очень сложная задача.

Как выяснила Universe Today в предыдущем посте, космическому кораблю потребуется от 19 000 до 81 000 лет, чтобы достичь Проксимы Центавра с использованием обычных двигателей (или тех, которые которые осуществимы с использованием современных технологий). Вдобавок ко всему, существует множество рисков при путешествии через межзвездную среду (МЗС), не все из которых до конца понятны.

В таких обстоятельствах космические корабли размером в грамм, использующие двигательную установку направленной энергии (лазеры AKA), по-видимому, являются единственным жизнеспособным вариантом достижения соседних звезд в этом столетии.

Предлагаемые концепции включают в себя Роящуюся Проксиму Центавра, совместную работу span>Space Initiatives Inc. и Инициатива межзвездных исследований (i4is) под руководством главного ученого Space Initiative Маршалла Юбэнкс. Эта концепция была недавно выбрана для Фазы I разработки в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) этого года. .

По мнению Юбэнкса, путешествие в межзвездном пространстве — это вопрос расстояния, энергии и скорости. На расстоянии 4,25 световых лет (40 триллионов км; 25 триллионов миль) от Солнечной системы даже Проксима Центавра находится непостижимо далеко.

Для сравнения: это рекорд самого дальнего расстояния за всю историю пройденный космическим кораблем, отправляется к космическому зонду Вояджер-1 , который в настоящее время находится на расстоянии более 24 миллиардов километров (15 миллиардов миль) от Земли. Используя традиционные методы, зонд достиг максимальной скорости 61 500 км/ч (38 215 миль в час) и движется уже более 46 лет подряд.

Короче говоря, путешествие со скоростью, меньшей релятивистской (доля скорости света) сделает межзвездные транзиты невероятно долгими и совершенно непрактичными. Учитывая энергетические потребности, которые это требует, вполне возможно что-либо иное, кроме небольшого космического корабля с максимальной массой в несколько граммов. Как рассказал Юбэнкс журналу Universe Today по электронной почте:

«Конечно, ракеты – это распространенный способ двигаться быстро. Ракеты работают, бросая «вещи» (обычно горячий газ) сзади, импульс вещества, движущегося назад, равен импульсу увеличения скорости транспортного средства в прямом направлении. Суть ракетной техники заключается в том, что она действительно эффективна только в том случае, если скорость вещества, движущегося назад, равна сопоставима со скоростью, которую вы хотите получить в дальнейшем. Если это не так, если она намного меньше, вы просто не сможете нести достаточно вещей, чтобы получить желаемую скорость.

«Проблема в том, что у нас нет технологии – нет источника энергии – который позволил бы нам выбрасывать много вещей на расстояние около 60 000 км/ сек, и поэтому ракеты не будут работать. Антиматерия могла бы сделать это возможным, но мы просто недостаточно хорошо понимаем антиматерию – и не можем сделать из нее достаточно – чтобы найти решение, вероятно, на многие десятилетия вперед».

Напротив, такие концепции, как Breakthrough Starshot и Proxima Swarm, заключаются в «перевороте ракеты», то есть вместо того, чтобы выбрасывать вещи, в космический корабль бросают вещи. Вместо тяжелого топлива, которое составляет большинство В обычных ракетах источником энергии для светового паруса являются фотоны (которые не имеют массы и движутся со скоростью света).

Но, как указал Юбэнкс, это не решает проблему энергии, делая ее даже более важно, чтобы космический корабль был как можно меньше.

«Отражение фотонов от лазерного паруса, таким образом, решает проблему скорости вещества», — сказал он.

«Но Проблема в том, что фотон не обладает большим импульсом, поэтому нам нужно много их. А учитывая мощность, которой мы, вероятно, располагаем, даже через пару десятилетий тяга будет слабой, поэтому масса зондов должна быть очень маленькой – граммы, а не тонны».

Они также предложили серию наземных световых ведер размером в квадратный километр. (0,386 миль²) в диаметре, чтобы улавливать световые сигналы от зондов, когда они уже на пути к Проксиме Центавра (и связь становится более сложной).

По оценкам, эта концепция миссии может быть готова к разработке примерно в середине века и может достичь Проксимы Центавра и ее похожей на Землю экзопланеты (Проксима b) к третьей четверти этого века (2075 год или позже).

В предыдущей статье Юбэнкс и его коллеги продемонстрировали, как флот из тысячи космических кораблей может преодолеть трудности, возникающие при межзвездных путешествиях и поддержание связи с Землей посредством динамики роя.

«Увеличив зону сбора до выполнимого 1 км² и заставив множество зондов координировать их отправку, мы может получить разумную (хотя и меньшую) скорость передачи данных», — добавил он.

Однако восьмилетняя задержка связи туда и обратно, вызванная межзвездными расстояниями и общей теорией относительности, делает невозможным дистанционное управление зондами с Земли.

Таким образом, рой должен обладать исключительной степенью автономии, когда дело доходит до навигации (координации тысячи зондов) и решения, какие данные возвращаются на Землю. Хотя эти стратегии учитывают расстояние, энергию и скорость (по крайней мере, на данный момент), все еще остается вопрос о том, сколько будет стоить создание роя и связанной с ним инфраструктуры.

Самый большой расход будет сама лазерная решетка, тогда как производство граммового корабля будет достаточно дешевым. Как рассказал Юбэнкс журналу Universe Today в предыдущей статье, их предложение можно разработать при бюджете в 100 миллиардов долларов.

Но, как подчеркивал Юбэнкс (тогда и сейчас), преимущества архитектуру миссии, которую они себе представляли, легион, и выгода от отправки роя зондов на Проксиму Центавра будет астрономической:

«Простой Дело в том, что в стоимости межзвездной миссии с лазерным двигателем, с легкими зондами и огромной лазерной системой для доставки их к звездам, будут преобладать капитальные затраты – затраты на лазерную систему».

«Сами по себе зонды будут довольно дешевыми по сравнению с ними. Итак, если вы можете отправить один, вам следует отправлять много. Очевидно, что отправка большого количества зондов дает преимущество избыточности.»

«Космические путешествия рискованны, а межзвездные путешествия, вероятно, будут особенно рискованными, поэтому, если мы отправим много зондов, мы сможем терпеть высокий уровень потерь. Но мы можем сделать гораздо больше.»

«Мы хотим искать признаки биологии и даже технологии, и поэтому было бы хорошо провести зонды очень близко к планете, чтобы получить хорошие снимки и спектры поверхности и атмосферы».

«Это будет сложно для одного зонда, поскольку мы не очень хорошо знаем, где будет планета через 24 с лишним года в будущем. Отправив группу зондов в развороте по крайней мере несколько из них должны приблизиться к планете, предоставив нам желаемый крупный план.»

Помимо этого, Юбэнкс и его коллеги надеются, что разработка слаженного роя роботизированных зондов будет иметь применение ближе к дому. Роевая робототехника сегодня является горячей областью исследований и рассматривается как возможный способ исследования внутреннего океана Европы, выкапывания подземных городов на Марсе, сборка крупных конструкций в космосе и обеспечение отслеживания экстремальных погодных условий с орбиты Земли.

Помимо исследования космоса и наблюдения за Землей, роевая робототехника также находит применение в медицине. , аддитивное производство, экологические исследования, глобальное позиционирование и навигация, поиск и спасение и многое другое.

Хотя это возможно. Пройдет много десятилетий, прежде чем межзвездная миссия будет готова отправиться к Альфе Центавра, Юбэнкс и его коллеги гордятся тем, что оказались в числе кандидатов НАСА для участия в программе NIAC 2024 года. Для них исследование заняло много лет, но они ближе к реализации, чем когда-либо.

«Прошло много времени – почти десятилетие – и мы чувствуем себя гордыми, что нас выбрали», – сказал Юбэнкс. «Теперь начинается настоящая работа».

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