Можем ли мы добраться до звезд?
Meduza попросила рассказать доступно, что задумали Мильнер и Хокинг, когда объявили свой межзвездный проект. Карточки - классная система подачи информации, самодостаточны даже без иллюстраций. Публикую расширенную версию, которая была немного сокращена редакцией. Тему межзвездных перелетов будем продолжать.
Что случилось?
Просто: Российский миллиардер Юрий Мильнер и британский физик Стивен Хокинг сообщили, что приступили к разработке первого беспилотного звездолета.
Сложнее: На пресс-конференции 12 апреля 2016 года российский бизнесмен Юрий Мильнер и британский физик-теоретик Стивен Хокинг рассказали о старте новой программы Breakthrough Starshot с начальным финансированием в 100 миллионов долларов. В рамках программы планируется разработать концепт микроскопического космического аппарата массой 1 грамм с солнечным парусом, который сможет развить скорость около 0,2 скорости света и в течение человеческой жизни добраться до ближайшей соседней звезды — альфы Центавра. Аппарат должен быть оборудован бортовым компьютером, фотонными двигателями коррекции, фотокамерой, источником питания и системой передачи данных — и все это в пределах 1 грамма. Солнечный парус должен обеспечивать движение за счет давления солнечного света, хотя основной импульс предполагается задавать мощным концентрированным пучком лазерных лучей с Земли.
А это вообще реально? Это же очень далеко
Просто: Мы уже сейчас можем отправить аппарат к другим звездам, но мы не доживем до момента, когда он долетит.
Сложнее: В повседневной жизни нам сложно представить реальные космические расстояния. В сравнении с подсчитанным расстоянием в миллионы и миллиарды световых лет до отдаленных галактик и квазаров расстояние в четыре световых года до ближайшей звезды кажется смехотворно малым. В то же время самый быстрый космический аппарат Voyager-1, летящий с фантастической скоростью почти 17 километров в секунду, за почти 40 лет пролетел меньше одних световых суток. Для того чтобы лучше представить космические масштабы, предположим, что диаметр Земли равняется одному миллиметру. В таком случае расстояние до Луны составит три сантиметра, до Солнца — 11 метров, до Плутона — 386 метров, до Voyager-1 — полтора километра. А до альфы Центавра — 3250 километров.
Как разогнаться быстрее Voyager-1?
Просто: Сесть на бочку с термоядерным порохом.
Сложнее: Еще в 60-е годы XX века, когда человечество осознало всю мощь термоядерной реакции, появились проекты, предполагавшие использование этой силы для путешествий в космосе. Концепций было несколько — от довольно примитивных, когда из-под хвоста корабля время от времени вываливаются и подрываются термоядерные бомбы, до более продвинутых версий с поддерживаемой термоядерной реакцией на борту звездолета. Была даже идея прямоточного термоядерного ракетолета с гигантским раструбом для захвата разреженного межзвездного газа. Все эти разработки не покинули чертежных досок и страниц фантастических книг. Сейчас космонавтика идет классическим путем: например, относительно легкий аппарат New Horizons запускался тяжелой ракетой, благодаря чему получил стартовую скорость больше, чем у Voyager.
Есть что-то реальнее термоядерного двигателя и выгоднее ракетного?
Просто: Есть солнечный парус.
Сложнее: Идея солнечного паруса была теоретически обоснована в 20-е годы ХХ века Фридрихом Цандером. Если мы развернем в космосе достаточно широкое и легкое зеркало, то отраженный от него солнечный свет будет сообщать импульс, который позволит разгоняться вплоть до субсветовых скоростей. Такие концепты на основе сверхтонких металлизированных пленок в космосе уже тестировали, но стартовать с таким парусом выгоднее всего от самого Солнца, так как давление света падает по закону обратных квадратов: при удвоении расстояния давление света падает в четыре раза. Солнечный парус часто путают с электрическим парусом, который состоит из положительно заряженных проводов, вытянутых в космосе, на которые оказывает давление отрицательно заряженный солнечный ветер — потоки ионизированной плазмы от Солнца. Да, солнечный парус не использует солнечный ветер — вот такой парадокс космической терминологии. Если использовать электрический парус и солнечный ветер, в теории можно разогнаться до нескольких сотен километров в секунду, но эта технология больше подходит для относительно быстрого достижения отдаленных регионов Солнечной системы. До ближайших звезд лететь все равно придется сотни или тысячи лет.
В чем ноу-хау проекта Мильнера и Хокинга?
Просто: Никакого ноу-хау нет, они берут маленькие спутники с большим парусом и не ждут помощи от Солнца, а стреляют в парус мощной лазерной пушкой с Земли.
Сложнее: Изложенная концепция фактически опирается на технологии, которых нет, но в теории они должны появиться в ближайшие 10 лет. Starshot полагается на закон Мура, рассчитывая, что если 10 лет назад спутники весили тонну, а сейчас один килограмм, то через 10 лет они дойдут до 1 грамма. Толщину пленки для паруса они считают не в долях миллиметра, а в сотнях атомных слоев. Сейчас более-менее реализуемо выглядит только наземная часть с огромным полем самонаводящихся лазеров.
Это сработает?
Просто: В той концепции, что изложена, — нет. Но у проекта есть 20 лет и 100 миллионов долларов, чтобы исправить ошибки.
Сложно: Предположим, авторам проекта удалось создать однограммовые космические аппараты с фотокамерой, фотонными двигателями, радиоизотопным источником питания и десятиметровым мономолекулярным парусом. На Земле размещена мощная лазерная установка, способная разогнать эти микропарусники (а их будет множество) до 60 тысяч километров в секунду за несколько минут. Какие сложности их ждут впереди? Во-первых, такие мощные лазеры в доли секунды спалят наши микропарусники. Если мы ослабим импульс, то по мере удаления от околоземной орбиты лучи будут рассеиваться и давление будет падать. Но это еще можно обойти, если повысить мощность или добавить новые лазерные лучи.
Во-вторых, межпланетная пыль, сталкиваясь на субсветовой скорости с парусом, имеющим большую площадь, сделает из него решето, отклонит от основной траектории, и любая пылинка превратит при встрече суперсовременный однограммовый космический аппарат в межпланетную соринку.
В-третьих, межзвездная пыль тоже существует, хоть мы пока не знаем, сколько ее, но пылевой датчик на New Horizons должен подсказать через несколько лет.
В-четвертых, нельзя забывать о межгалактических космических частицах, которые относятся к самой жесткой форме космической радиации — такая погубила «Фобос-Грунт». В Солнечной системе от них частично прикрывает гелиосфера, а на межзвездных орбитах защиты не будет.
И, наконец, самое главное — если аппарат каким-то чудом достигнет другой звездной системы и произведет фотосъемку, то он не сможет никак передать снимки на Землю. Например, Voyager практически наполовину состоит из трехметровой спутниковой тарелки — и скорость связи с ним 0,1 кбит/с. Учитывая разницу в расстоянии, даже современные телекоммуникационные спутники не обеспечат связи с соседней звездой. Лазер для связи тоже не вариант: энергии потребуется как от нескольких атомных электростанций. Но это не значит, что проект нереальный, пока лишь обозначена цель и предложена концепция решения задачи. На ее решение предлагается отвести 20 лет, к разработке приглашаются лучшие ученые. Проект обещают сделать полностью открытым — с публикуемой документацией и обсуждением на форуме.
А что это вообще за альфа Центавра?
Просто: Ближайшая к Солнцу звезда.
Сложно: Альфа Центавра — это двойная звездная система, которая содержит две звезды, вращающиеся вокруг одного центра масс в масштабе Солнечной системы. К этой двойной системе гравитационно «прицеплен» третий компонент — красный карлик Проксима Центавра, вращающаяся на расстоянии 0,24 светового года. Проксима Центавра немного ближе к Земле, чем альфа, но красный карлик — это неполноценная звезда, поэтому она менее интересна, в отличие от двух солнцеподобных альф Центавра А и В. Пока в этой двойной системе обнаружена лишь одна планета, которая вращается у звезды так близко, что там, скорее всего, нет даже атмосферы, не то что жизни. Предполагают, что в этой системе могут быть еще планеты, которые перепрыгивают от одной звезды ко второй, но пока четкого подтверждения этому нет — и для обитаемости такая резкая смена условий не особо благоприятна.
Зачем тогда лететь?
Просто: Тут два ответа. Во-первых, такие проекты нужны для расширения наших знаний о Вселенной. Во-вторых, мы изучили уже все у себя под носом, пора посмотреть шире.
Сложнее: В 2015 году мы незаметно вступили в новую эру космонавтики — практически закончили осмотр нашей Солнечной системы. Еще мало что известно о далеком поясе Койпера — и еще меньше об Облаке Оорта. И идут разговоры о еще не открытой девятой планете. Но все известные планеты, несколько комет, несколько астероидов и масса спутников планет уже изучены. И результатом этого изучения стало разочарование. Мы не нашли ни марсиан, ни даже развалин их цивилизации с запасами сверхпроизводительного энергоносителя, не встретили динозавров на Венере, не обнаружили на Луне ни одной летающей тарелки после крушения. Оказалось, что Земля — самое комфортное для проживания место, которое по запасам полезных ископаемых не беднее, а кое-где и богаче всех остальных известных планет. Пока еще остается надежда найти каких-нибудь рыб или кальмаров-убийц в океанах Европы или Энцелада (спутников Юпитера и Сатурна), но сейчас мы уже знаем, что в любой точке Солнечной системы без систем жизнедеятельности человек не проживет дольше полуминуты. Получается, мы либо должны смириться с мыслью, что достигли своего предела и можем расселяться только в Сибири и Антарктиде, либо надо идти дальше. И запускать роботов: сначала к альфе Центавра, потом к Глизе 581, тау Кита — и искать вторую Землю, а если повезет, то и ее обитателей.
meduza.io