Астрофизики утверждают, что космические зонды, сделанные из углеродной пены, по крайней мере теоретически, могут достичь системы Альфа Центавра с Земли всего за 185 лет, если только они будут питаться от солнечного излучения. Рой таких зондов также может помочь обнаружить и изучить загадочную Планету 9 (если она вообще существует).
Обычные ракеты работают за счет химических реакций, которые являются основным источником движения космических кораблей. К сожалению, они также недостаточно эффективны, чтобы достичь еще одной звезды за одну человеческую жизнь.
Альфа Центавра, ближайшая звездная система, находится на расстоянии 4,37 световых лет, или примерно в 41 триллионе км от Земли. Если бы «Вояджер-1» полетел прямо к нему, ему потребовалось бы 75 000 лет, чтобы преодолеть это расстояние.
По сути, проблема зондов с традиционным питанием сводится к тому, что используемое ими топливо имеет массу. Длительные полеты требуют большого количества топлива, что делает зонд тяжелее, что, в свою очередь, требует еще большего количества топлива и т. Д. Чем больше зонд, тем серьезнее проблема.
Некоторое время назад исследователи предположили, что оптимальным и, возможно, единственным решением является использование солнечного излучения. Хотя давление этого излучения само по себе невелико, в конечном итоге его может хватить для ускорения космического зонда.
В рамках инициативы Breakthrough Starshot, объявленной в 2016 году, исследователи пытаются разработать технологию, позволяющую отправлять рой миниатюрных зондов в систему Альфа Центавра. Каждый зонд весом всего несколько граммов должен быть оснащен невероятно тонким и отражающим парусом.
В этом случае проблема состоит в том, чтобы разогнать зонд до запланированной скорости. Согласно предварительным представлениям, исследователи должны были построить самый мощный лазер на Земле, который мог бы использовать свой луч, направленный на эти паруса, для ускорения до 20 процентов. скорость света. Стоимость реализации такого проекта составит 10 миллиардов долларов.
Астрофизики предложили чуть более дешевый вариант, согласно которому зонд будет из пенопласта. Такие зонды могут преодолевать межзвездные расстояния быстрее, чем любая ракета, и будут питаться исключительно за счет солнечного излучения без необходимости создания специального лазера.
Чтобы разработать новую двигательную установку для межзвездных зондов, исследователи начали искать прочные и, прежде всего, легкие материалы. Они сосредоточились на аэрбрушите, углеродной пене, в 15 000 раз легче алюминия.
Ученые подсчитали, что полая сфера из аэрографита диаметром 1 метр и толщиной 1 микрон будет иметь массу всего 2,3 мг.
Если бы такой зонд массой 1 г будет выпущен с расстояния в 1 астрономическую единицу (а.е.) от Солнца, солнечное излучение разогнало бы его до скорости 183 600 км / ч, что в три раза превышает скорость «Вояджера-1». Такой зонд сможет достичь Плутона. менее чем за 4 года (для сравнения, зонду New Horizons потребовалось 10 лет).
Однако, если бы такой зонд был выпущен на расстоянии 0,04 а.е. от Солнца, что является расстоянием, на которое солнечный зонд Parker будет приближаться к Солнцу, более интенсивное солнечное излучение может разогнать зонд до скорости 25 миллионов км / ч. На такой скорости зонд сможет преодолеть расстояние от Земли до Проксимы Центавра всего за 185 лет. Как правило, чем больше сфера, тем быстрее она может лететь или тем больший груз может унести с собой.
Удивительно, что наше Солнце могло управлять межзвездным зондом, который, таким образом, мог достичь другой звезды без необходимости в каком-либо другом двигателе.
- говорит Рене Хеллер, астрофизик из Института Макса Планка в Геттингене.
Исследователи признают, что несколько граммов электроники - это значительное снижение веса заряда. С другой стороны, он по-прежнему в 10 раз превышает массу самого зонда, в то время как заряд ракет с химическим двигателем составляет лишь одну тысячную массы ракеты.
По подсчетам ученых, разработка прототипа обойдется примерно в 1 миллион долларов. Каждый новый корабль можно построить менее чем за 1000 долларов. Если к этому добавить стоимость ракеты, которую они будут запускать в космос, то стоимость будет около 10 миллионов долларов.
Проблема, в том, что до сих пор никто не построил аэрографитовую конструкцию больше нескольких сантиметров, а здесь нужна сфера диаметром в несколько метров.
- добавляет Хеллер.
Кроме того, чтобы серьезно говорить о таких зондах, нужно подумать, как можно скорректировать траекторию такого зонда. Если эта проблема будет решена, теоретически можно будет транспортировать небольшие грузы - от 1 до 100 г - между Марсом и Землей всего за несколько недель.