Проксима Центавра b — ближайшая известная экзопланета, находящаяся в потенциально обитаемой зоне своей звезды. Поэтому она привлекает большое внимание, включая несколько проектов миссий, направленных на ее изучение и передачу данных. К сожалению, из-за технологических ограничений и огромных расстояний большинство из них предполагают полет микроскопических аппаратов с гигантскими солнечными парусами.
Но зачем ограничиваться современными технологиями, если существуют другие, пусть и теоретические, варианты отправки более крупного корабля к нашему ближайшему потенциально обитаемому соседу? Именно эта идея легла в основу магистерской диссертации Амели Лутц из Вирджинского политехнического института — она рассмотрела возможность использования термоядерных двигательных установок для отправки зонда весом в несколько сотен килограммов к этой системе и даже выхода на ее орбиту.
Поскольку Проксима Центавра b потенциально обитаема, ученые хотели бы оснастить зонд разнообразными датчиками для ее детального изучения. В работе Лутц перечислены 11 научных приборов, включая спектрометры, магнитометры, системы визуализации и зондирования, которые позволят, например, исследовать возможные ледяные покровы планеты.
Для передачи собранных ими данных понадобится устойчивая связь. Однако передача сигнала на такое расстояние — крайне сложная задача. Лутц предлагает использовать гравитационную линзу самой звезды Проксима Центавра для усиления сигнала, что позволит достичь скорости передачи данных до 10 Мбит/с на каждый ватт мощности передатчика.
Главный вопрос — откуда взять энергию? Космический аппарат будет использовать термоядерный генератор как для движения, так и для электропитания. Лутц рассмотрела три типа термоядерных двигателей, каждый из которых может работать на четырех видах топлива.
Термоядерная ракета (FDR), которая напрямую преобразует энергию реакции в тягу с помощью магнитно-инерционного синтеза. Двигатель с инерционно-электростатическим удержанием плазмы — компактный и легкий, но имеющий ограниченную мощность из-за технических сложностей. Микротермоядерная система с антиматерией (AIM) — самая миниатюрная, но требующая антиматерии для запуска, что делает ее крайне дорогой.
Из четырех видов топлива наиболее перспективным оказался дейтерий-гелий-3 (D-3He). Здесь трудность состоит в добыче гелия-3 — его чрезвычайно мало на Земле, но можно найти на Луне.
Лутц проанализировала несколько сценариев миссии:
пролет без торможения (24 000 км/с) — слишком быстро для сбора данных, медленный пролет (25 км/с) — позволяет провести некоторые исследования, выход на орбиту — оптимальный вариант, требующий высокой энергоэффективности и минимального нейтронного излучения.
Лучшим решением оказалась термоядерная ракета на D-3He. По расчетам, такой аппарат весом 500 кг сможет достичь Проксимы Центавра и выйти на орбиту ее планеты примерно за 57 лет — отличный результат для межзвездной миссии.
Пока все это остается теорией. Ни один из рассмотренных термоядерных двигателей еще не был построен и испытан, а реализация такого проекта потребует огромных технических и политических усилий. Тем не менее, возможно, что подобный зонд отправится к звездам еще при жизни Амели Лутц, а может, она и сама примет в этом непосредственное участие.
Красный карлик почти не оставил шансов для жизни на ближайшей к нам экзопланете
До Марса за 120 дней — инженеры начали создавать термоядерный двигатель будущего
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram