Отправка зонда к солнечной гравитационной линзе — редкому «фокусу» гравитации Солнца на расстоянии 650–900 астрономических единиц — считается самым перспективным способом напрямую получить детальные изображения потенциально обитаемых экзопланет. В этой зоне можно было бы различить не только атмосферу далёкого объекта, но и крупные структуры на его поверхности. Однако она почти в четыре раза дальше, чем сумел добраться аппарат Voyager 1, и находится за пределами досягаемости современных технологий.
В новой работе ведущий сторонник такой миссии, Слава Турышев (Slava Turyshev) из NASA Jet Propulsion Laboratory, проанализировал, какие типы двигателей теоретически могли бы доставить аппарат к этой точке за разумное время. Статья показывает, что традиционные ракеты и гравитационные манёвры с участием планет для этой задачи практически бесполезны.
По расчётам учёного, чтобы долететь до гравитационной линзы за 20 лет, аппарат должен разогнаться до скорости около 154 километров в секунду. Это сопоставимо с рекордами современных зондов, но поддерживать такую скорость десятилетиями с помощью существующих двигателей невозможно.
Одним из вариантов в работе рассматриваются солнечные паруса — огромные отражающие плёнки, разгоняемые давлением света. В сочетании с гравитационным манёвром у Солнца они теоретически позволили бы сократить полёт до 20–30 лет. Однако для этого аппарат должен подлетать к Солнцу на экстремально близкое расстояние, где современные материалы просто не выдержат тепловой нагрузки.
Кроме того, солнечные паруса плохо подходят для тяжёлых миссий. На расстоянии сотен астрономических единиц солнечная энергия почти бесполезна, поэтому телескопу потребуется собственный источник питания — например, радиоизотопный генератор. Его масса резко снижает эффективность такой схемы разгона.
Более реалистичной альтернативой автор называет ядерную электрореактивную тягу, при которой реактор питает ионные двигатели. Такой аппарат с полезной нагрузкой порядка 800 килограммов мог бы достичь цели за 27–33 года и одновременно получать энергию для научных приборов. Главная проблема — необходимость крупных радиаторов для отвода тепла, которые сложно разместить в одной ракете.
Самым перспективным вариантом назван гибрид ядерной электрической и ядерной тепловой тяги. В этом случае мощный тепловой двигатель используется для резкого разгона, например при манёвре Оберта у Солнца, а затем аппарат переходит в экономичный «крейсерский режим». Такая схема теоретически позволяет сократить перелёт до менее чем 20 лет.
При этом миссия к гравитационной линзе будет принципиально отличаться от привычных телескопов. Аппарат не станет тормозить у цели, а будет лететь вдоль фокальной линии ещё сотни астрономических единиц, постепенно собирая данные. Это означает, что у учёных будет лишь один шанс изучить выбранную экзопланету, без возможности быстро перенаправить миссию.
В заключение автор подчёркивает: прежде чем отправлять зонд в тридцатилетний полёт, астрономам нужно научиться с высокой точностью выбирать цели. Иначе миссия может стать выдающимся техническим достижением, но так и не даст ответа на главный вопрос — есть ли жизнь за пределами Земли.