|
Рой аппаратов может получить изображение Проксимы Б
|
|
|
|
Идея лазерного парусного двигателя никуда не денется. Направляя мощные наземные лазеры на крошечные космические аппараты с лёгкими парусами, можно разогнать их до скоростей, близких к релятивистским, без топлива или источника энергии, а также без какой-либо двигательной установки вообще. У этой идеи есть очевидные преимущества, если её удастся реализовать.
|
|
|
|
Два космических аппарата частично реализовали эту идею. Космический аппарат IKAROS JAXA и Lightsail-2 Планетарного общества использовали паруса, но они питались фотонами от Солнца, а не от лазера. Они показали, что концепция может работать, по крайней мере, частично.
|
|
|
|
Программа Breakthrough Starshot, ныне не существующая, ставила целью создание флота из 1000 миниатюрных космических аппаратов с фотонными парусами и отправку их в 20-летнее путешествие к Альфа Центавра, ближайшей к нам звездной системе. Флот наноаппаратов, каждый из которых был оснащен крошечной камерой, должен был работать на основе наземных лазеров и совершить пролет мимо Проксимы Центавра, предоставив человечеству первую возможность увидеть вблизи другую звезду и две подтвержденные экзопланеты, вращающиеся вокруг нее.
|
|
|
|
Хотя программа Breakthrough Starshot, похоже, потерпела неудачу из-за проблем с частным финансированием, сама идея сохранилась. Предложение отправить рой космических аппаратов с лазерными парусами для исследования нашего ближайшего соседа получает новый импульс благодаря новой статье под названием «Наука, полученная в ходе исследования системы Проксимы Центавра на месте», которая доступна на сервере препринтов arXiv. Ведущий автор — Т. Маршалл Юбэнкс, главный научный сотрудник Space Initiatives Inc.
|
|
|
|
|
|
|
«В будущем межзвездные исследования на скоростях, близких к релятивистским, станут возможными благодаря использованию лазерных двигателей, работающих на направленной энергии», — пишут авторы. «Благодаря этому, космические аппараты массой в несколько граммов (пикокосмические аппараты) станут кандидатами на исследование дальнего космоса, где придется выбирать между скоростью и продолжительностью миссии, а не массой».
|
|
|
|
Признан компромисс между традиционными миссиями с использованием одного космического аппарата, нагруженного технологиями, и крошечными космическими аппаратами. Один крошечный космический аппарат будет крайне ограничен с точки зрения научных результатов. Но в виде роя некоторые из этих ограничений можно преодолеть.
|
|
|
|
Как будут работать рои
|
|
|
|
Эта идея предполагает, что рои пикокосмических аппаратов, называемые «Кораклами», будут совершать быстрые пролеты мимо системы Проксимы Центавра. Оснащенные одним прибором каждый — небольшой цифровой камерой, — «рой пикокосмических аппаратов сможет обеспечить гигапиксельное разрешение целевых экзопланет», — пишут авторы. «Целью нашей миссии является планета Проксима b в обитаемой зоне (ОЗ) красного карлика Проксима Центавра, третичного (и ближайшего) компонента ближайшей звездной системы Альфа Центавра».
|
|
|
|
Хотя миссия была бы интересна по многим причинам, включая доказательство давно обсуждаемой технологии, естественный вопрос, который возникает, касается научных результатов. Каковы будут научные результаты?
|
|
|
|
Прежде всего, технологические ограничения накладывают рамки на тип наблюдений, которые может проводить рой, и на объем данных, которые он может передать.
|
|
|
|
Навигация и координация роя
|
|
|
|
Навигация представляет собой проблему. Поскольку в рое нет «материнской станции», которая бы направляла его членов к месту назначения, миссии пришлось бы полагаться на что-то вроде пульсарной навигации, чтобы достичь своей цели. Вероятно, не все космические аппараты достигнут цели или будут достаточно близко к ней, чтобы быть эффективными. Авторы указывают на несколько решений этой проблемы.
|
|
|
|
Один из вариантов — отправка крошечных космических аппаратов в виде серии отдельных зондов. В этом сценарии зонды не обязательно отправлять роем и не нужно группировать согласованно. «Это ослабляет ограничения на время отправки зондов, но значительно ограничит любые многозондовые исследования и может привести к передаче меньшего объема данных, а также избыточных данных обратно на Землю», — пишут авторы.
|
|
|
|
Другой вариант — отправка роя в виде согласованного по времени роя. Члены роя должны быть организованы таким образом, чтобы знать, где находятся друг друга и где находится Земля. Затем, когда данные передаются обратно на Землю, они поступают в виде согласованной «световой стены». Это требует синхронизации между зондами и точной синхронизации, что является сложной задачей, которую необходимо решить, сохраняя при этом малый размер зондов.
|
|
|
|
Третье решение — это «разреженная фазированная решетка», но авторы не уделяют ему много времени из-за его сложности. «Мы не рассматриваем этот последний подход с разреженной фазированной решеткой далее в этой статье из-за чрезвычайной сложности координации фаз в рое», — пишут они.
|
|
|
|
Идея роя имеет ряд очевидных преимуществ, и одно из них — избыточность. Не все члены роя должны достичь цели для выполнения миссии. Это дает миссии некоторую запас прочности для достижения научных результатов. Только небольшая часть зондов должна приблизиться к целям на близкое расстояние.
|
|
|
|
«Близкий пролет мимо Проксимы b продлится менее минуты, и наивысшее разрешение изображения будет получено от небольшой части зондов, которые случайно пролетят ближе всего к интересующим целям», — объясняют авторы.
|
|
|
|
Обработка потока данных в полете
|
|
|
|
После того, как успешно прошедшие зонды соберут данные, остается еще одно препятствие.
|
|
|
|
«Кроме того, благодаря HDR-записям, позволяющим получать до 1 миллиона изображений в секунду на одну апертуру, рой получит терабайты данных во время пролёта», — пишут исследователи. Загрузка всех этих данных просто невозможна. Даже если рой потратит годы на загрузку данных, всё равно данных будет на порядки больше, чем можно вернуть.
|
|
|
|
Рою потребуется способ выбора важных данных для возврата на Землю, и всё это без помощи наземного персонала миссии, находящегося на расстоянии более четырёх световых лет. Одно из предложений называется «наблюдения с опережением». Члены роя будут получать изображения по мере приближения к основной цели, а искусственный интеллект будет принимать решения о том, какие объекты, например, астероиды или экзолуны, следует в первую очередь наблюдать и возвращать данные. Подобная система необходима, потому что, в отличие от многих других миссий, будет один пролёт и не будет повторных орбит.
|
|
|
|
Учитывая эти преимущества и препятствия, авторы утверждают, что можно достичь множества научных целей. Рой может записывать видео приближения звезды за несколько часов до её максимального сближения и картировать её вспышки. Он также может записывать видео приближения Проксимы Центавра b за несколько дней до её пролёта и обнаруживать любые экзолуны. Эти видео приближения также могут служить данными для предварительного отбора целей для дальнейших наблюдений.
|
|
|
|
Авторы отмечают, что рой может произвести революцию в нашем понимании Проксимы Центавра b, даже если только некоторые члены роя приблизятся к ней. «Рой, состоящий из нескольких сотен выживших членов и имеющий общую протяженность 105 км, должен иметь некоторых членов, проходящих на расстоянии ~104 км от целевой планеты (примерно её диаметр), что обеспечит потенциальное разрешение Проксимы b около 20 метров», — объясняют они. Рой также потенциально может получать изображения ночной стороны планеты, находящейся в приливном захвате.
|
|
|
|
Исследование атмосфер, вспышек и техномаркеров
|
|
|
|
Помимо получения изображений, рой также мог бы проводить спектроскопию пропускания атмосферы Проксимы Центавра b. «Спектроскопию пропускания можно проводить на Проксиме b с использованием естественных и искусственных источников, и она, благодаря поиску спектральных линий биомаркеров и техномаркеров, вероятно, станет наилучшим способом установить существование биологического или даже технологического общества на Проксиме b», — пишут исследователи.
|
|
|
|
Рой также мог бы наблюдать за частыми вспышками Проксимы Центавра, чтобы узнать больше о ней и других M-карликах. Эти звезды склонны к вспышкам, которые могут разрушать атмосферы планет и снижать обитаемость. Более детальное изучение одной из них стало бы огромным подспорьем для астрофизиков.
|
|
|
|
Также существует потенциал для ударной спектроскопии. «Расстояние между зондами в центре флота может составлять всего несколько тысяч километров, и возможно, что один или несколько зондов «Коракл» войдут в атмосферу Проксимы-b, если она существует, или столкнутся с её поверхностью, если её нет», — пишут авторы. Рой мог бы отслеживать вспышки от столкновений, чтобы узнать больше о составе экзопланеты.
|
|
|
|
Также существует потенциал для дальнейших научных исследований по мере того, как рой будет двигаться за пределы Проксимы Центавра. «Примерно через год после сближения с Проксимой рой совершит дальнее сближение с системой ? Центавра AB, с минимальным расстоянием около 10 000 астрономических единиц», — пишут авторы.
|
|
|
|
Другие звезды находятся так далеко, что для достижения их потребуются смелые инициативы. Хотя постоянно обдумываются другие передовые технологии двигательных установок, мы никогда не знаем, когда они воплотятся в жизнь. Вот почему идея лазерного паруса никогда не исчезает.
|
|
|
|
«Межзвездные зонды граммового масштаба, приводимые в движение лазерным светом, вероятно, являются единственной технологией, способной достичь другой звезды в этом столетии», — пишут авторы в заключении. «Миссия с использованием роя космических аппаратов, работающих в околорелятивистском диапазоне, могла бы обеспечить качественное первоначальное исследование Проксимы b как экзопланеты и должна быть способна обнаружить биосигнатуры и техносигнатуры Проксимы b, если таковые имеются».
|
|
|
|
Источник
|
