Концентрированный пучок отправит нас к Проксиме Центавра
Для того, чтобы добраться до Проксимы Центавра b, потребуется множество новых технологий, но для этого есть все больше интересных причин. Как государственные, так и частные компании начали серьезно искать способы воплотить это в жизнь, но до сих пор на этом пути стояло одно существенное препятствие — движение вперед.
Чтобы решить эту проблему, Кристофер Лимбах, ныне профессор Мичиганского университета, работает над новым типом лучевого двигателя, который использует как пучок частиц, так и лазер, чтобы преодолеть самый большой недостаток этой технологии.
Давайте сначала рассмотрим, почему обычные двигательные установки не сработают, чтобы доставить корабль к Проксиме b. Об обычных ракетах не может быть и речи, поскольку их топливо слишком тяжелое и сгорает слишком быстро, чтобы зонд мог достичь скорости, близкой к той, которая ему нужна, чтобы достичь Проксимы b. Обычные солнечные паруса также выходят из строя потому что, как только они оказываются достаточно далеко от солнца, к ним прикладывается лишь минимальное усилие.
Могли бы сработать и другие нетрадиционные решения, такие как ядерная тяга или ионные двигатели. Однако они становятся жертвами тирании ракетного уравнения — поскольку им приходится перевозить топливо, они должны нести больше массы, чтобы двигаться быстрее, что в значительной степени лишает их этого преимущества.
Таким образом, остается лучевая тяга — по сути, создающая в космосе гигантский луч, который продолжает давить на космический корабль с установленным на нем коллектором, который может продолжать давить все время, пока космический корабль находится на пути к месту назначения. Как правило, в этих системах используются два типа пучков — пучки частиц и пучки света. Однако у каждого из них есть слабое место — дифракция.
Как свет, так и пучки частиц имеют тенденцию распространяться на большие расстояния, что делает их гораздо менее эффективными при фокусировке на одном небольшом объекте, который может находиться на расстоянии нескольких световых лет. Даже лазеры, если направить их на большое расстояние, в конечном итоге рассеивают свет, который становится непригодным для использования. Однако есть способ обойти это.
Недавно исследователи в области оптики разработали способ комбинирования пучков частиц и лазера, который практически исключает дифракцию и рассеивание луча при их одновременном использовании. Это позволило бы двигательной установке продолжать концентрировать луч точно в нужном месте, не теряя при этом силу отталкивания по мере удаления зонда.
Доктор Лимбах использовал эту базовую технологию для разработки того, что он называет PROCSIMA, - нового двигательного метода, в котором используется когерентная комбинированная двигательная установка из частиц и лазерного излучения.
Расчеты доктора Лимбаха и его коллеги, доктора Кена Хары, ныне профессора Стэнфорда, показывают, что создание когерентного луча, который может эффективно достигать проксимы b, при этом дифрагируя только на расстояние около 10 метров, возможно, по крайней мере теоретически.
Согласно их расчетам, зонд 5g, подобный тому, над которым работает проект Breakthrough Initiatives, может разогнаться до 10% скорости света, что позволит ему достичь Проксимы b за 43 года.
В качестве альтернативы, они также подсчитали, что гораздо более крупный зонд весом около 1 кг мог бы достичь системы примерно за 57 лет. Это позволило бы получить гораздо более впечатляющую полезную нагрузку, даже если бы зонд пролетал через систему Проксимы Центавра со скоростью, значительно меньшей скорости света.
Предстоит еще проделать определенную работу, включая разработку таких устройств, как источники холодных атомных частиц, и улучшение функциональности лучевых систем.
Однако до сих пор проект не был поддержан другим грантом, хотя лаборатория доктора Лимбаха в UM продолжает работать над аналогичными идеями, такими как наноньютонная двигательная установка. Продолжается разработка метода звездной съемки, чтобы в конечном итоге отправить зонд к другой звезде, и, похоже, к лучшему это или к худшему, но лучевой двигатель - это способ добраться туда.
