584
Мініатюрні космічні апарати, які «ковзатимуть» на променях світла, можуть зробити подорож до іншої зоряної системи реальною в межах одного людського життя. Про це йдеться в аналітичному матеріалі на сайті SciTechDaily, адаптованому з публікації The Conversation.
Додатковий інтерес до таких ідей підігріло нещодавнє підтвердження атмосфери навколо кам’яної екзопланети LHS 1140b. Вона обертається в зоні, де на поверхні планети вода потенційно може залишатися рідкою, тобто в «придатній для життя» області навколо червоного карлика за 48 світлових років від Землі.
Астрономи зафіксували, що з верхніх шарів атмосфери LHS 1140b втікає гелій. Водночас важчі сполуки, зокрема вода, яка вважається ключовим інгредієнтом для життя, можуть існувати в нижчих шарах атмосфери. Телескопи дають дедалі більше даних про такі світи, але постає запитання: чи можна колись дістатися до них фізично, а не лише спостерігати здалеку?
Мікрозонди для міжзоряних мандрів
Один із найактивніших напрямів зараз — це концепції мініатюрних апаратів для міжзоряних польотів. Набагато легше й дешевше розігнати маленький зонд до іншої зоряної системи за прийнятний час, ніж посилати туди велику міжзоряну «ракету».
Прориви в мініатюризації датчиків значною мірою прийшли зі смартфонів, де компактні камери поєднують високу роздільну здатність із низькою масою та споживанням енергії. Дослідники вже створили сенсори на кшталт «розумного пилу» — пристрої розміром з міліметр або менше, які можуть вимірювати світло, температуру чи хімічний склад середовища.
Такий зонд має якось розігнатися до помірно релятивістських швидкостей — приблизно 10–20% швидкості світла. Після багатьох десятиліть польоту він пролетить крізь цільову систему без гальмування, зробить серію вимірювань «на льоту» і повільно передаватиме зібрані дані назад на Землю.
Світлові вітрила та проєкт Breakthrough Starshot
Це ще не рівень «Зоряного шляху», але сценарій виглядає фізично правдоподібним. Такі ідеї активно опрацьовує приватно профінансована ініціатива Breakthrough Starshot, яка вивчає ключові технології для міжзоряної подорожі з використанням малих зондами.
Головним кандидатом на роль рушія розглядають світлові вітрила — надтонкі відбивні мембрани. У випадку міжзоряного польоту зонд із подібним вітрилом розганятиме не Сонце, а потужний лазерний промінь, спрямований із Землі або орбіти.
Фотони, з яких складається світло, несуть не лише енергію, а й імпульс. Коли світло відбивається від дзеркальної поверхні, воно чинить на неї тиск. У звичайних умовах цей тиск мізерний, але для надпотужного променя та надлегкої мембрани його вже можна використати як рушійну силу.
Щоб розігнати вітрило до релятивістських швидкостей, потрібен лазер сукупною потужністю десятки гігават. Йдеться не про один пристрій, а про велику решітку синхронізованих лазерних модулів, які формують єдиний когерентний промінь. Такий комплекс здатен за лічені хвилини прискорити вітрило розміром у кілька метрів до крейсерської швидкості.
Перевага цього підходу — в тому, що вся важка енергетична інфраструктура лишається поблизу Землі, а до зірок летить лише крихітний зонд. Для звичайних ракет усе навпаки: вони мають нести із собою паливо, що робить міжзоряні місії майже нереальними за енергетичними витратами.
Однак є й суттєвий недолік: без запасу палива або іншого способу гальмування апарат не зможе легко сповільнитися в цільовій системі й пролетить її всього за кілька днів. Незважаючи на це, подальша мініатюризація електроніки робить сценарій перших міжзоряних польотів з крихітними «розумними» зондами дедалі реалістичнішим.
Можлива картина майбутнього — коли до інших зірок вирушають автоматичні апарати з елементами штучного інтелекту, які десятиліттями перебувають у «сплячці», а потім прокидаються на кілька днів напруженої роботи біля чужих світів.
Сонячні вітрила: технологія, що вже працює
Паралельно з лазерними концепціями розвивається й більш «традиційний» варіант — сонячні вітрила. У цьому випадку ту саму відбивну мембрану штовхає не лазер, а потік сонячного світла. Ідея була сформульована ще у 1920-х роках піонерами космонавтики Костянтином Ціолковським та Фрідріхом Цандером, які мріяли про «гігантські дзеркала з тонких плівок».
Якщо лазерні вітрила — це про далеке майбутнє, то сонячні вже стали реальністю. У навколоземний простір запустили кілька малих вітрильних апаратів для демонстрації технології. Наступний крок — масштабування таких систем для місій у глибокий космос, що може відкрити нові можливості для дослідження Сонячної системи.
Місії без палива до комет і на незвичні орбіти
Головна перевага сонячних вітрил у тому, що вони не потребують запасів палива. Це робить можливими високоенергетичні тривалі місії, які для звичайних апаратів майже недосяжні. Наприклад, стикування з довгоперіодичною кометою на сильно витягнутій чи нахиленій орбіті навколо Сонця вимагає колосальної енергії.
Ще складніше — доставити зразки з поверхні такої комети назад на Землю: ракета має нести паливо й для польоту туди, й для повернення. Для сонячних вітрил шлях назад принципово не відрізняється від шляху до цілі.
Керуючи нахилом вітрила, апарат може «лавірувати» в потоці сонячного світла: набирати імпульс і по спіралі віддалятися від Сонця або, навпаки, втрачати імпульс і спірально повертатися до внутрішніх областей Сонячної системи. Світловий тиск також дозволяє виходити на незвичні орбіти, де гравітація частково компенсується тиском світла, наприклад «зависати» високо над полюсами Землі.
Сонячні й лазерні вітрила можна розглядати як послідовні щаблі: від нинішніх місій у межах Сонячної системи до майбутніх польотів до інших зірок. Не виключено, що в далекій перспективі саме екзопланета LHS 1140b стане однією з перших цілей для міжзоряного вітрильного зонда.
Світлові вітрила можуть доставити зонди до інших зірок з’явилася спочатку на Цікавості.
