Полет к Альфе Центавра: мечты и реальность

3 Февраля 2017 в 12:30, Николай Хижняк 18 664 просмотра 61

В прошлом году знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг и российский миллиардер Юрий Мильнер объявили об амбициозном плане по запуску крошечного космического аппарата к системе Альфа Центавра. Разумеется, столь амбициозный план требует поиска не менее амбициозных решений. Например, одна из нерешенных проблем связана с тем, каким образом двигающийся с одной пятой скорости света космический аппарат сможет остановиться после того, как достигнет своей точки назначения. Будет ли он вообще способен на такой маневр?

Пара европейских ученых, кажется, нашли нужный ответ на этот вопрос. В работе, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters, физик Рене Хеллер из Института Макса Планка и компьютерный специалист Майкл Хиппке рассказывают о том, как для замедления космического аппарата можно будет использовать излучение и гравитацию звезд системы Альфа Центавра. По мнению ученых, вместо того чтобы просто пронестись мимо, крошечный космический аппарат, оборудованный световым парусом, сможет достаточно замедлиться, чтобы в деталях изучить тройную звездную систему и, возможно, даже находящуюся возле одной из звезд этой системы землеподобную планету Проксима b.

Напомним, что рамках проекта Breakthrough Starshot Initiative Мильнер планирует инвестировать 100 миллионов долларов в разработку сверхлегкого автономного космического аппарата со световым парусом, который сможет разогнаться до 1/5 скорости света (около 60 000 км/с). Благодаря этому роботизированный зонд сможет достичь Альфы Центавра – ближайшей к Земле звездной системы – всего за 20 лет, а не за 100 000, как в случае использования традиционных химических ускорителей.

Согласно оригинальному плану Мильнера и Хокинга, к крошечному зонду будет прикреплен компактный, размером несколько метров, световой парус, управляемый с помощью фазированной решетки лазеров. Энергии, производимой этими лазерами, теоретически будет достаточно для того, чтобы ускорить крошечный зонд до скоростей гораздо выше, чем способны показать самые быстрые на сегодняшний момент космические аппараты.

Рендер предложенной технологии светового паруса


Однако это не единственная из предложенных схема реализации этого проекта. Согласно варианту Хеллера и Хиппке, использование большего по размеру «фотонного» паруса позволит отказаться от необходимости задействовать лазерную решетку. При этом сам зонд будет размером всего в несколько сантиметров и весом всего несколько граммов. Для ускорения и выхода в межзвездное пространство аппарат будет оборудован несколькими большими, но в то же время очень легкими, тонкими и прочными парусами. По предложенному европейскими учеными сценарию в сторону Альфы Центавра зонд будет толкать излучение нашего Солнца. При достижении необходимого уровня инерции, аппарат сложит паруса и продолжит свое путешествие в сторону соседней звездной системы.

Ученые считают, что в этом случае зонд сможет развить 4,6 процента от скорости света и примерно за 95 лет достигнет Альфы Центавра. Да, это почти в пять раз дольше, чем в оригинальном плане Мильнера и Хокинга, однако в теории это серьезно упростит задачу по остановке зонда в нужном месте.

«Межзвездное путешествие к системе Альфа Центавра предположительно будет происходить на скоростях, позволяющих сократить время этого путешествия до менее одной тысячи, а в идеале – до менее одной сотни лет. При такой скорости космическому аппарату потребуется невероятно большой запас энергии для замедления и выхода на нужные орбиты», — говорит Хеллер.

«Использование какого бы ни было топлива лишь усложнит проект в целом. Если корабль потребует наличия топлива на борту, то сам он в этом случае будет слишком тяжелым, что, в свою очередь, лишь сильнее повысит необходимость в наличии еще большего запаса топлива».

Учитывая эти ограничения, а также отсутствие на данный момент подходящего решения, ученые предполагают, что зонд в таком случае просто пронесется мимо Альфы Центавра, как это было с космическим аппаратом «Новые горизонты», пролетевшим в свое время мимо Плутона. Но опять же, если учесть разность скорости, зонд, в отличие от «Новых горизонтов», не сможет обеспечить хоть какие-то более-менее точные измерения этой звездной системы. К счастью, по мнению двух ученых, есть вариант, который в теории позволит не только замедлить космический аппарат до приемлемых скоростей в нужной точке, но и провести детальное исследование системы Альфы Центавра.

«Мы нашли метод, который позволяет замедлить космический аппарат с помощью энергии самой звезды. Для замедления светового паруса можно использовать световые частицы. В этом случае наличие дополнительного топлива на борту не потребуется. Да и сам план в целом вписывается в общую концепцию, предложенную инициативной группой Breakthrough Starshot Initiative».

Анимация «фотогравитационного захвата» звездой Альфа Центавра A

Для успеха реализации необходимо придумать способ, при котором аппарат сможет заново распустить свои паруса по прибытии в систему. В этом случае исходящее от системы излучение создаст необходимое давление, которое замедлит зонд. Благодаря компьютерным моделям Хеллер и Хиппке высчитали, что при весе зонда в 100 граммов площадь паруса будет составлять около 100 000 квадратных метров (примерно 14 футбольных полей). По прибытии в систему тормозящая сила излучения от Альфы Центавра, воздействующая на парус, увеличится. Компьютерные модели показывают, что силы будет вполне достаточно, чтобы эффективно замедлить аппарат. Другими словами, та же самая физика, которая будет отвечать за толкание зонда в сторону соседней системы, будет также тормозить аппарат по его прибытии в нужное место.

Во время маневра замедления зонду необходимо будет приблизиться к Альфе Центавра A на расстояние пяти звездных радиусов (то есть на дистанцию, эквивалентную пяти радиусам этой звезды), или примерно на 4 миллиона километров, чтобы быть захваченным на ее орбиту. С этого момента космический аппарат начнет замедление примерно до уровня 2,5 процента от скорости света. Однако здесь важно отметить, что в случае неудачи замедления с максимальной скорости (4,6 процента от скорости света) зонд будет выброшен обратно в межзвездное пространство.

Каждое успешное путешествие начинается с создания карты. В данном случае показаны все маневры автономного космического наноаппарата в его путешествии к Альфе Центавра A, от которой путь до Альфы Центавра B составит всего четыре дня. Конечной задачей зонда может быть 46-летнее путешествие к звезде Проксима Центавра – домашнему адресу землеподобной планеты Проксимы b

Добравшись до Альфы Центавра A, космический зонд будет захвачен ее гравитацией, чью силу можно использовать для дальнейших маневров. Аналогичные маневры, например, использовались для ускорения зондов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», когда те еще находились внутри Солнечной системы. Теоретически автономный зонд может выйти на орбиту Альфы Центавра A и поискать возможные экзопланеты. Хеллер и Хиппке также разработали план по запуску зонда к системам других звезд – Альфе Центавра B (звезда-компаньон Альфы Центавра A) и Проксиме Центавра (удаленной третьей звезды системы, расположенной в 0,22 светового года, или в 1,2 триллиона километров) от общепринятых центров масс звезд A и B. Согласно этому плану, на полет к Альфе Центавра A уйдет около столетия, затем еще 4 дня потребуется для полета к Альфе Центавра B, а затем 46 лет на путешествие к Проксиме Центавра.

И все же дополнительно потраченное время, по мнению ученых, сможет окупиться сполна. Одним из самых запоминающихся открытий 2016 года стало обнаружение астрономами земплеподобной планеты возле звезды Проксима Центавра. В конечном итоге возможность «вблизи» исследовать эту планету может оказаться одним из самых (если не самым) значимых событий в современной астрономии. Пересылка собранных данных о планете, учитывая дистанцию до Земли, займет чуть более 4 лет. Однако пока это всего лишь мечты, потому что на данный момент у нас нет систем, которые одновременно были бы достаточно компактны для того, чтобы уместиться на нанозонде, и в то же время обладали достаточной мощностью для передачи сигналов на такие расстояния.

Отсутствие подходящего передатчика – это далеко не единственная проблема, которую во чтобы то ни стало необходимо решить до отправки зонда в сторону соседней звездной системы. Не менее важным являются поиск решения и разработка подходящей системы питания для зонда. Тем не менее исследователи не собираются терять оптимизма, так как наука не стоит на месте. Например, не может не радовать тот факт, что в лабораториях уже разработаны некоторые сверхлегкие материалы, которые потребуются для реализации этого проекта.

«На создание подобного межзвездного солнечного паруса может уйти один-два десятка лет», — комментирует Хеллер.

Ученый также добавляет, что поверхность паруса должна быть выполнена таким образом, чтобы отражать волны синего и красного диапазонов видимого спектра, а возможно, и дальше за их пределами.

«Такой технологии у нас пока нет, но, опять же, за последние несколько лет научные лаборатории добились очень большого прогресса, и исследователи обнаружили материалы, способные отражать до 99,9% объема света».

Хеллер и Хиппке собираются представить свою детальную концепцию руководящей группе Breakthrough Starshot Initiative на предстоящей встрече Breakthrough Discuss, которая будет проходить в американском городе Пало-Алто в апреле этого года.

«Мы очень хотим получить от них отклик и послушать их мнение насчет нашего предложения, так как в этой группе, помимо прочего, присутствуют мировые эксперты в развивающейся сфере исследований вопросов межзвездных путешествий с помощью систем световых парусов», — говорит Хеллер.

Полет к Альфе Центавра: мечты и реальность

61 комментарий

  1. smp254@bk.ru

    60000 км/ч??? За 100млн долларов? Вроде рекорд 70000, если мне не изменяет память.(знаю что опечатка, исправьте, а то меньшие поколения примут к сведению) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. dutch92

    1/5 скорости света это 60000 км в СЕКУНДУ а не в ЧАС

  3. WEST117

    Помойму это полный бред!!!

  4. uviva

    Пока не создадут новый мощный источник энергии, никак грандиозных успехов, в этой области, нашему поколению не видать. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • smp254@bk.ru

      uviva, Уже есть тортовые источники питания. А источники питания, основанные на распаде изотопов йода обеспечат достаточной энергией зонд на протяжении 300+ лет. А передатчик можно обеспечить конденсаторами (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • uviva

        smp254@bk.ru, Но какой скорости зонд сможет достичь? это тоже важно! ждать 100 лет вообще не вариант, разве что в анабиозе) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • smp254@bk.ru

          uviva, Согласен! Поэтому я за проект со скоростью 0.2 с. Слышал так же о парусном проекте, где разгонять должны были до 0.5с (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • HotReboot

            smp254@bk.ru, Всё это бесполезно. Даже достигнув скорости света и нафантазировать гравикомпесатор (чтобы G при ускорении не раздавило) это мало. 4 года до звезды, а дальше больше - не вариант.

  5. uviva

    Материя и антиматерия самый мощный источник, но мы еще не научились антиматерию создавать даже в маленьких объемах и постоянно сдерживать ее. Возможно БАК нам в этом поможет. А с термоядерной энергией тоже все не просто. Еще много работы предстоит (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • ponchic

      uviva, Антиматерию просто сдерживать, просто от корпуса отлетают частицы и получается не очень ваукумно, просто надо по больше антиматерии, ну и поля посильней

  6. PADLA

    как только научаться перерабатывать помойки которыми заросла расия;то можно и о полете на луну помечтать

  7. justromagod

    На луну бы сначала вебкамер бы напихали , можно даже и небольших. Интернет на МКС есть, полпути сделано (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. Хутор

    Пересмотр продолжительности полета - это первый шаг назад. Уверен, подобных шагов в этой клоунаде будет больше. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  9. wasser

    Мечта....! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. kirfoton

    Тут без телепортации не обойтись. Центавра центаврой, а ещё и другие галактики хочется посетить.

  11. Skydreamer

    Пока будет идти речь о "будем лететь всего 200 лет" никаких прорывов не будет. При продолжительности существования человека 60-90 лет даже пара десятков лет ожидания на исследования это неприемлемо (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. goldgfs

    100 млн $ пообещают что хотите, все равно заказчик не доживет

  13. Pruss

    Бред! Этот микрозонд при таких скоростях и размерах разрушится под воздействием зазов, пыли а то и более крупных обьектов! Чем они собираются его защитиь?

    • BunnyCat

      Pruss, Вот именно, в статье ни слова про пыль, а ведь это самая главная проблема - какие там к черту манёвры, когда первая же пылинка устроит Хиросиму, а вторая - Нигерсраки этому зонду? xD Хотя, может, просто окрестят святой водой, главное чтобы капельки не попали...

      • snow1eopard

        BunnyCat, Ну наверное не все так уж плохо, по крайней мере с тем же новым горизонтом как с первым так и со вторым ничего не случилось пока. Но понятно что скорость там на порядки меньше, а парус будет иметь большую площадь) так что даже хз, любое мало мальское тело, песчинка разнесет все и сразу, при такой кинетической энергии.

      • Che-v

        BunnyCat, Все не учли одну вещь уже созданы пластмассы и жидкие транзисторы которые под действием ультрафиолета восстанавливают повреждения нано технологии.

    • amd212

      Pruss, Вояджеры пока не разрушились. Живы, здоровы, передают инфу.
      Микропылинку парус даже не заметит. Она просто пролетит между волокон отражающей плёнки.

      • Pruss

        amd212, Какая скорость у вояджеров и какая намечается у зонда? То-то! Это всё-равно, что говорить в начале ХХвека - "Ну какая там опасность для сверзвуковых самолётов от птиц? Вон братья Райт летают и никаких проблем!" А ведь здесь разница в скоростях на порядки больше!

        • amd212

          Pruss, Типа на встречной относительной скорости 60 км/сек микропылинка ничего аппарату не сделает, а вот на скорости 20,000 км/сек она его разнесёт в дребезги?
          Успокою вас, в обоих случаях она прошьёт аппарат насквозь и энергии больше чем от образования микродырки передать не сможет.
          Представьте эксперимент с пулей и стеклом. Одной и той же пулей стреляем со скоростями 600 м/c, 900 м/c, 1200 м/c - в каком случае дырка будет больше?

          • mlserg

            amd212, "Типа на встречной относительной скорости 60 км/сек микропылинка ничего аппарату не сделает, а вот на скорости 20,000 км/сек она его разнесёт в дребезги?"

            Да, разрушений будет в 333.33 раза больше чем при 60 км/сек.

            • amd212

              mlserg, Т.е. в эксперименте с пулей - пуля на скорости 1200 м/с сделает в два раза большую дырку чем та же пуля на скорости 600 м/с?
              Тогда может ли пуля гипотетически летя со скоростью 20000 м/с пробив стекло в окне взорвать весь дом?
              При протыкании микропесчинкой солнечного зонтика максимальный урон ограничивается энергией вырывания микроклочка материи. Микрочастица полетит себе дальше со скоростью 19,999.99 км/сек. Квадрат потери скорости помноженный на массу микрочастицы делённый пополам охарактеризует энергетическое влияние оказанное на спутник.

              • mlserg

                amd212, Если попадет в парус, то из-за толщины материала возможно пролетит насквозь, а вот если в сам аппарат, то не факт. Смотря какого размера пылинка, возможно и дыры не будет, а будет полное разрушение. На этом ресурсе в комментариях к новости, кстати о этом же проекте, приводили ссылку на сайт, где обсуждали гипотетические щиты, необходимые путешественникам на подобных скоростях. Так вот там даже встреченный на пути атом, имея огромную кинетическую энергию, проникает очень глубоко внутрь материала, оставляя за собой "дыру" намного больше собственного размера. Представте что будет, когда пылинка, в которой миллиарды атомов, влетит в аппарат. Вспомните что бывает с метеоритами падающими на землю. Они не долетают даже до земли, взрываясь в атмосфере, из-за их огромной кинетической энергии, а скорость у них намного ниже. А эта пылинка устроит настоящий взрыв на поверхности или чуть внутри материала аппарата, шансов что она пролетит насквозь нет, на таких скоростях материя ведет себя иначе.

                • amd212

                  mlserg, Ничего аппарату не будет. Герметичность там не играет никакой роли. Аппараты постоянно прошивает навылет и это не нарушает их функциональности.

                  Между прочим, на американском 11-тонном спутнике LDEF, который в те же 1990-е находился на околоземной орбите свыше 5,5 года и затем был возвращен на Землю, инженеры обнаружили следы более 20 тысяч столкновений.
                  http://www.trud.ru/article/14-05-2013/1293482_mks_obstreljali_iz_kosmosa_chem--poka_neponjatno.html

                  • snow1eopard

                    amd212, Чувак, по твоей логике, это видео просто не может быть правдой, ведь ты не откажешься от своих слов после его просмотра?) Давай я тебя немного мокну, как говорят в таких случаях, а то физику ты явно прогуливал, особенно там где кинетику проходили. https://youtu.be/Yf27EC642WI вес 2 грамма, скорость, скорость, жалкие 5,5 км/с, и если скорость будет 60 000 км/с любая материя, которая сможет создать хоть малейшее сопротивление порвет в клочья любой кусок чего угодно из любого материала. Поэтому советую сесть за учебники и восполнить колоссальные пробелы в знаниях, что бы не краснеть перед монитором от стыда, как сейчас. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • amd212

                      snow1eopard, Кадр на 36 сек - представь что у него в правой руке тонкий дюралевый лист а в нём сквозная дырка диаметром в миллион раз меньше чем на кадре.
                      Вы почему-то давите на полное поглощение кинетической энергии микрочастицей космическим аппаратом, в то время как я уже запарился подчёркивать что она прошьёт сей парус насквозь. Стекло и пуля из моего примера, только диаметр "пули" 10-20 микронов.

                      • snow1eopard

                        amd212, Кроме паруса будет ещё сам спутник, лол, понятно что в парусе, из-за его тонкости возможно и будут просто дыры, хотя и это для меня фантастика, а спутник он где будет? в под пространстве? или было сложно изучить вопрос далее чем просто прочитать заголовок? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                        • amd212

                          snow1eopard, Спутник изготовлен из непробиваемой брони?
                          Площадь сечения самого спутника сравнима с площадью паруса?
                          Фраза из моего самого первого поста в этой ветке "Представьте эксперимент с пулей и стеклом. Одной и той же пулей стреляем со скоростями 600 м/c, 900 м/c, 1200 м/c - в каком случае дырка будет больше?" - намёк, по моему, ясен.

                • snow1eopard

                  mlserg, Вы понимаете кому вы объясняет?) Человек явно не посещал физику, он понятия не имеет что такое придание взрыв объекта и зависимость его силы от кинетической энергии. Фишка там проще чем кажется, когда существует объект и в неё влетает другой объект, то в нашем случае сила взрыва обусловленна скорость разлета атомов от воздействия инородного тела, именно на этом принципе и строится работа рельсотрона, так вот при таких энергиях, импульс энергии разлета вещества будет просто колоссальным и для такого объекта это будет гарантированная полная аннигиляция, вплоть до того что он на атомы может разлететься, а не на куски) тут еще конечно от плотности вещества зависит, но в нашем случае это оч твердое тело, поэтому дыры не будет, будет взрыв и полная аннигиляция. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  14. morxod

    Не главное что долетит или нет. Сенсация стоит денег! С другой стороны НАСА не рискует на большие проекты, не уверены в расчетах.

  15. WEST117

    Пока лучший реальный вариант, это изучение космоса очень большими телескопами! Диаметра 120 - 150 метров вполне хватит! В тойже Атакаме к примеру!

  16. spl43

    Дорогие ребята, никто не будет спорить с тем утверждением, что нам хотелось бы куда-то полететь. В нас это заложила природа. Вы на самом деле считаете, что Мильнер недальновиден и глуп? 100 млн.$ - ерунда для разработки и реализации подобного проекта. Эти средства - необходимый вклад в науку Великобритании, дабы позволили там вести доходный бизнес и жить, без возможности экстрадиции в случае чегр. На эти средства никто не собирается ничего никуда запускать. Разработать проект - возможно да. Реализовать - конечно нет. Но даже если первое получится - план будет перевыполнен.

  17. VMajor

    Пара европейских учёных... давайте объединимся.... будет три российских учёных... меня больше волнует вопрос: что такое Разум. И зачем он нам дан. И вообще зачем живём? Если дальше нет ничего, почему боимся... если есть - то что? И зачем? Вы зачем хотите показаться умными? Зачем ? Почему?

    • ALoneWolf

      VMajor, Разум-он находится в человеческом мозге и от него неотделим. Страх и боль-то,что спасает нас. Вообще разум или сознание-это личность человека,у животных это инстинкты(у человека они тоже есть).
      Зачем-И ТАК ПОНЯТНО! Для функционала организма!
      Зачем живём-у каждого человека своя цель и смысл,которые он сам для себя выбрал.

  18. VMajor

    Это главное, что нас всех волнует. Только все как страусы прячут головы. Не нужны войны, ссоры. Раз родились - нужно жить... и любить ближнего. Ищем ино Разум, а с ближнем не можем контакта найти. Собака - разумное существо???? Задайте для начала этот вопрос

  19. uran

    Так вот кто с Хокингом в рекламе ягуара снялся :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  20. snow1eopard

    Единственное для чего нужен этот проект, так это для того что бы доказать, что без суперпрорывных технологий, полеты на таких скоростях не реальны даже для обычных спутников. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.