Звездные «зонтики»
Звездные «зонтики»
Впрочем, посылка в иные миры термоядерного или аннигиляционного звездолета — не единственный способ прорваться к звездам. Международной группой ученых предложен оригинальный проект космического корабля «Старвисп» для полета к ближайшим к Земле звездам, сообщает английский журнал New Scientists. В основе этого проекта лежит известная идея об использовании на космических аппаратах в качестве движителя солнечного паруса, приводимого в действие давлением солнечного света. Новое в проекте заключается в том, что в качестве источника фотонов используется не Солнце, а мощные квантовые генераторы микроволнового или оптического диапазона.
Конструктивно «Старвисп» представляет собой парус-сетку шестиугольной формы размером 1 км и весом 20 г. Сетка состоит из большого количества шестиугольных ячеек из тончайшей проволоки. В узлах пересечения ячеек (таких пересечений больше 10 триллионов) расположены микросхемы, обладающие развитой логикой и образующие в целом суперкомпьютер параллельного действия. Кроме того, каждая микросхема чувствительна к свету и может работать как крошечный фотоэлемент.
Ввиду своей хрупкости корабль «Старвисп» должен будет монтироваться в космосе, например за орбитой Марса или в окрестностях того же Юпитера.
«Двигатель» корабля представляет собой мазер, создающий луч микроволнового излучения мощностью 20 ГВт. Мазер устанавливается на спутнике, который в течение всего полета корабля остается на околоземной орбите. Питание мазера осуществляется от солнечных батарей, также размещенных на спутнике.
Система Эпсилон Эридана. Компьютерная модель НАСА
Радиолуч, созданный мазером, фокусируется и направляется на корабль специальной системой типа линзы Френеля. Размер этой системы огромен — 50 тысяч км в поперечнике. Состоит она из чередующегося набора концентрических колец, сделанных из проволочных ячеек, и пустых кольцевых зон. Радиусы колец подбираются таким образом, чтобы радиоволны, проходящие через пустые кольца, оказались в одной фазе в фокусе линзы. Микросхемы в узлах пересечения ячеек паруса управляют их электропроводимостью так, чтобы обеспечить максимальное отражение микроволнового излучения от паруса.
Сфокусированный на парусе луч приведет корабль в движение с ускорением 155 g. При таком ускорении, создаваемом в течение недели, корабль достигнет скорости, равной 20 % скорости света.
Через 17 лет корабль пройдет три четверти пути к ближайшей к нам звезде Проксима Центавра, расстояние до которой составляет 4,3 светового года. Центр управления включит тогда радиолуч и направит его к кораблю. Этот луч достигнет корабль примерно через четыре года и переключит все 10 триллионов микросхем в режим работы фотоприемников. При этом образуется огромный искусственный «глаз», который сможет наблюдать объекты, находящиеся в системе звезды Проксима Центавра. Затем, используя синхронизирующие сигналы, заложенные в микроволновом излучении, парус переключится в режим работы в качестве антенны, с помощью которой получаемые изображения будут передаваться на Землю.
Для более тщательного обследования интересных объектов (в том числе и планет, если он и окажутся у звезды) предложен более тяжелый корабль «Старлайт» с улучшенной системой получения изображений и набором научного оборудования. Парус диаметром 3,6 км для этого корабля будет изготовлен из алюминиевой пленки толщиной 16 нм, которая отражает 82 % падающего на нее света. Масса паруса и собственно космического корабля составит 1000 кг.
Парус будет приводиться в действие излучением лазера мощностью 65 ГВт, который может размещаться или на околоземной орбите, или на близкой гелиоцентрической орбите, где плотность потока солнечного излучения больше. Среди возможных типов излучателей рассматриваются лазеры на двуокиси углерода с длиной волны 10,6 мкм или лазеры на йоде с солнечной накачкой с длиной волны 1,315 мкм.
Линза Френеля диаметром 1000 км для фокусировки и наведения луча на парус «Старлайта» разместится между орбитами Сатурна и Урана. Корабль под действием света получит ускорение 0,36 м/с (0,04 g). За три года воздействия такого лазерного излучения корабль приобретет скорость, равную 2 % скорости света, и удалится от Солнца на расстояние в 0,17 светового года. В тот момент, когда диаметр ускоряющего луча составит 3,8 км, лазер выключится.
Через 40 лет после старта корабль достигнет окрестностей звезды Проксима Центавра и с помощью бортовой научной аппаратуры начнет поиск планет вокруг звезды.
Для полета человека к более удаленным звездам, например к звезде эпсилон Эридана, находящейся на расстоянии 10,8 светового года, предлагается проект еще более тяжелого корабля «Супер Старлайт» массой 75 800 т. Его парус и линза Френеля должны иметь диаметр 1000 км.
Чтобы экипаж мог долетать до этой звезды и вернуться обратно в течение человеческой жизни, скорость корабля должна быть близка к скорости света. Если использовать связку лазеров мощностью 43 000 ТВт (43 х 1015 Вт), то можно придать кораблю ускорение, равное 1/6 g, и достичь за 1,6 года скорости 150 000 км/с, при которой полет до звезды займет 20 лет. На этой скорости начнут сказываться релятивистские эффекты (увеличение массы корабля на 13 % и растяжение времени для членов экипажа), а также доплеровский сдвиг частоты и энергии лазерного луча. И поэтому для того, чтобы обеспечить постоянство заданного ускорения к концу разгонного участка, необходимо будет увеличить мощность лазеров до 75 000 ТВт.
Парус корабля в начале полета будет состоять из трех концентрических колец: внешнего (диаметром 1000 км) тормозного кольца; промежуточного (диаметром 320 км) кольца встречи; внутреннего (диаметром 100 км) кольца возвращения (на нем будет находиться модуль экипажа).
Когда корабль подойдет к звезде на расстояние 0,4 светового года, от него отделится тормозное кольцо и отойдет вперед по полету от оставшейся части корабля, которая образует ступень встречи с планетой. Эта ступень развернется отражающей стороной от направления на Солнечную систему к тормозному кольцу, чтобы луч лазера (включенный опять за 10,4 года до этого момента и достигший теперь корабля) отразился от тормозного кольца и попал на ступень встречи. Этим обеспечится ее торможение до полной остановки за время воздействия луча, равное 1,6 года.
Таким образом, для достижения звезды Эпсилон Эридана потребуется 23,2 года по земным часам и 20,5 лет по бортовым.
Для возвращения на Землю от ступени встречи отделится внутреннее кольцо (возвращаемая ступень); а промежуточное кольцо развернется отражающей поверхностью по направлению к Солнечной системе. На него будет подан третий с начала полета «импульс» лазерного излучения длительностью 1,6 года. Луч, отраженный от промежуточного кольца, попадет на кольцо возврата и будет перемещать его и входящий в его состав модуль экипажа в сторону Земли с ускорением 1/3 g. Через 20 лет корабль приблизится к Солнечной системе со скоростью, равной 0,5 скорости света. Для его торможения на него будет направлен в последний раз «импульс» излучения лазера. Все путешествие займет 51 год, а экипаж постареет только на 46 лет.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.