25.09.2024. - В космосе есть множество применений для мощных лазеров

В космосе есть множество применений для мощных лазеров

Пришло ли уже время для космических лазеров? Почти. С течением времени идеи, которые когда-то были ограничены сферой научной фантастики, становятся все более реалистичными. Это справедливо в отношении таких вещей, как использование роботов для исследования других миров. Космические лазеры - широко используемый элемент научной фантастики, и мы приближаемся к тому времени, когда они могут стать реальностью.

Где бы мы их разместили и для чего могли бы их использовать? В научной фантастике лазеры в основном используются в качестве мощного оружия. Хотя некоторые страны изучали идею использования лазеров в качестве космического оружия, международный договор ограничивает их применение.

Более реалистичное применение лазеров - для отражения приближающихся астероидов или в качестве двигательных установок для космических аппаратов. В новой статье исследователь рассматривает, где можно разместить гигантскую лазерную установку в космосе, чтобы принести наибольшую пользу человечеству и в то же время минимизировать риск.

Исследование называется "Минимальные безопасные расстояния для космических лазеров DE-STAR". Статья доступна на сервере препринтов arXiv, и Адам Хибберд из Инициативы межзвездных исследований в Лондоне, Великобритания, является единственным автором.

Хотя космические лазеры также можно было бы использовать для использования ресурсов или в спутниковых системах лазерной дальномерки для управления космическим движением, компания Hibberd сосредоточена на их использовании для защиты Земли от ударов.

DE-STAR расшифровывается как системы направленной энергии для наведения на астероиды и разведки. Из всех обсуждавшихся идей космических лазеров DE-STAR, вероятно, является наиболее хорошо изученной и разработанной. Она будет состоять из модульной фазированной решетки лазеров, работающих на солнечных батареях. Он может нагревать поверхность потенциально опасных объектов (potentially hazardous objects, PHO) примерно до 3000 градусов Кельвина. Этого достаточно, чтобы расплавить все известные компоненты PHOs. DE-STAR также может использоваться для приведения в движение космических аппаратов.

Идея возникла в 2013 году, когда группа исследователей опубликовала статью под названием "DE-STAR: Лазерная технология с фазированными антенными решетками для планетарной обороны и других научных целей". В своей статье они изложили идею создания автономной лазерной решетки DE-STAR.

В 2016 году некоторые из тех же авторов опубликовали еще одну статью под названием "Миссии с направленной энергией для планетарной обороны". В ней были расширены возможности DE-STAR и добавлен DE-STARLITE, автономная система, которая будет направлена в окрестности приближающегося объекта, чтобы отразить его с помощью лазеров.

В любом случае система будет основана на солнечной энергии. "DE-STAR представляет собой квадратную модульную конструкцию, которая использует энергию, создаваемую солнечными батареями в космосе, для генерации и усиления мощности лазерного луча", - объясняет Хибберд в своей новой статье.

В литературе DE-STAR обычно обозначается как DE-STAR n, где n обычно находится в диапазоне от 0 до 4 и обозначает размер блока лазеров. Чем больше массив, тем он мощнее. Чем мощнее будет DE-STAR, тем эффективнее она будет отражать астероиды с больших расстояний.

Хотя достоинства этой идеи очевидны сразу, вскоре возникают проблемы. Набор мощных космических лазеров - мечта каждого суперзлодея. Его разрушительная сила может быть огромной. "Благодаря конструкции DE-STAR 4 (10 км х 10 км в квадрате), способной генерировать лазерный луч мощностью порядка десятков гигаватт, очевидно, что такой актив может быть использован в качестве оружия для поражения объектов на Земле", - пишет Хибберд.

Как можно снизить этот риск, чтобы систему можно было использовать для защиты Земли, а не в качестве оружия? Простое решение - не размещать их на околоземной орбите. Лазеры теряют энергию с увеличением дальности действия, поэтому их можно использовать на расстояниях, где они не представляют угрозы. "Результаты показывают, что, учитывая, что они должны находиться на расстоянии 1 а.е. от Солнца, существуют возможные местоположения для систем DE-STAR 0-2, где нет опасности для Земли", - пишет Хибберд.

Конечно, чем больше лазеров в системе, тем больше безопасное минимальное расстояние.

Для 4-й или даже 5-й ЗВЕЗДЫ этого расстояния было бы недостаточно. Вместо этого эти лазеры должны были бы находиться гораздо дальше или в таких точках Солнечной системы, откуда не было бы прямой видимости Земли. Эти системы должны были бы регулярно корректировать свое положение с помощью бортовой двигательной установки, "или, предпочтительно, с помощью отдачи от самого лазера", - объясняет Хибберд.

Минимальное безопасное расстояние также изменяется в зависимости от длины волны системы DE-STAR. Хибберд определяет минимальное безопасное расстояние как одиночный лазер с максимальной интенсивностью на поверхности Земли 100 Вт-2. "Или порядка 10% от Солнечной постоянной на Земле (1 а.е. от Солнца)", - пишет Хибберд. Для инфракрасной системы минимальное безопасное расстояние находится непосредственно за пределами геосинхронной околоземной орбиты (ГСО). Для использования ультрафиолетового лазера с большей мощностью необходимо находиться за пределами окололунного пространства.

Есть еще один фактор, который следует учитывать. Поскольку звезда получает энергию от солнца, ее мощность уменьшается по мере удаления от солнца. "Это уменьшение является следствием уменьшения интенсивности солнечного потока на фотоэлектрических элементах, где соблюдается закон обратных квадратов", - объясняет Хибберд.

Для систем DE-STAR 1 и 2 минимальные безопасные расстояния не так уж велики. Хибберд отмечает, что для системы DE-STAR 2 подходящими были бы точки лагранжа Солнце/Земля в 4 и 5 точках, которые не требуют приведения в движение. L4 и L5 находятся примерно в 400 000 км от Земли.

Однако по мере увеличения размеров массивов минимальное безопасное расстояние быстро увеличивается. И наоборот, доступная солнечная энергия уменьшается.

Звезда DE-STAR 3 должна была бы находиться где-то за поясом астероидов. Если бы она была ультрафиолетовой, она должна была бы находиться за Юпитером.

Фазированная антенная решетка DE-STAR 4 должна была бы находиться гораздо дальше. Она должна была бы находиться на расстоянии около 30 - 40 а.е., а для ультрафиолетовой системы - еще дальше, примерно в 70 а.е. от Солнца.

Однако есть места, где нет прямой видимости Земли, и их можно было бы использовать в качестве мест размещения мощных антенных систем. Хибберд объясняет, что точка Лагранжа Земля/Луна-2 и точка лагранжа Солнце/Земля-3 не имеют прямой видимости, но, к сожалению, нестабильны.

"В обоих случаях нестабильность этих точек приведет к тому, что звезда-ДЕ удалится и потенциально станет видимой с Земли, поэтому для предотвращения этого потребуется бортовой двигатель", - пишет Хибберд. Возможно, можно было бы создать массив, который физически не мог бы указывать на Землю, но автор не рассматривает этот аспект проблемы.

Никто не создает фазированную антенную решетку DE-STAR, но это не значит, что еще слишком рано думать об этом. Этот тип технологии уже на горизонте, и трудно предсказать, какая страна или нации могут стать первыми, кто ее создаст. Существуют международные договоры, направленные на предотвращение размещения оружия в космосе, но не все их подписали. Известно, что некоторые страны подписывают международные договоры, а затем в любом случае нарушают их. Также можно привести аргумент, что это не оружие.

Вероятно, пройдет совсем немного времени, прежде чем серьезные разговоры о такой системе начнут подниматься в более широких общественных дискуссиях. Это, несомненно, вызовет много политических трудностей и споров, поскольку страны будут спорить о том, что является оружием, а что нет.

Если цивилизация хочет выжить, нам в конечном счете понадобится способ защитить весь земной шар от ударов астероидов, будь то фазированные лазерные решетки или какая-либо другая система.

Источник