Новите въглеродни сонди ще дадат възможност за полет до другите звезди

4
1619

Ново научно изследване показа, че космически апарат, направен от мехурчетата на въглеродна пяна, може да преодолее разстоянието от Земята до Алфа Кентавър за 185 години, задвижван единствено от силите на Слънцето. Също така, рояк от подобни сонди би могъл да открие и изучи загадъчната девета планета на нашата Слънчева система, ако разбира се, този хипотетичен свят съществува.

Към днешен ден обикновените ракети, задвижвани с помощта на химически реакции, са водещият начин за придвижване в космоса. Но те съвсем не са ефективни, за да се достигне до друга звезда. Така например, Алфа Кентавър, която е най-близката до Земята Слънчева система, се намира на разстояние около 4,37 светлинни години или над 41,2 трилиона километри, което е над 276 000 пъти повече от разстоянието между Земята и Слънцето. На космическия апарат на НАСА Вояджър 1 биха му били необходими около 75 000 години, за да достигне Алфа Кентавър, ако се движеше в правилната посока (а това не е така).

Проблемът на всички обикновени космически двигатели е това, че горивото, което използват, има маса. Дългите полети изискват повече гориво, а това прави космическите апарати тежки, а това изисква още повече гориво, което прави ракетите още по-тежки и т.н. Проблемът се задълбочава по експонента с увеличаването масата на космическия кораб.

Ето защо, предишните научни изследвания показаха, че използването на слънчеви платна може да е един от малкото технически осъществими методи за придвижване на космическа сонда до друга звезда за разумен период от време. Въпреки че светлината не създава голямо налягане, учените пресметнаха, че слабото въздействие, която тя оказва, може да има огромен дългосрочен ефект. И наистина, в космоса са изведени няколко космически сонди, които демонстрираха, че едно голямо слънчево платно оказва значителен ефект на някой по-малък кораб.

Инициативата Breakthrough Starshot с финансиране от $100 милиона, за която бе обявено още през 2016 година, има за цел изпращането до Алфа Кентавър на рояк от космически кораби с размери колкото малък чип, всеки от които има съвсем тънко слънчево платно с отлични отразяващи свойства. Според изчисленията, тези сонди могат да се ускорят до скорост около 20% от скоростта на светлината и да достигнат до Алфа Кентавър за приблизително 20 години, като ще бъдат необходими още 5 години, докато заснетите от тях изображения достигнат Земята. Недостатък на проекта Breakthrough Starshot е че е необходимо изключително мощна лазерна инсталация на Земята, която да ускори тези сонди. Засега не съществува технология за изграждането на необходимия лазерен масив, а финансирането на този проект би струвало от $5 до $10 милиарда.

Проектът Breakthrough Starshot изглежда много добре, но въобще не може да се реализира при сегашното развитие на науката

В новото научно изследване астрофизиците предложиха по-евтин вариант, базиран на мехурчета от въглеродна пяна. Изследователите откриха, че космическите сонди, направени от този материал могат да извършват междузвездни пътешествия по-бързо, отколкото която и да било химическа ракета, използвайки единствено слънчева светлина, без при това да е необходим гигантски масив от мощни лазери на Земята.

За да може слънчевата светлина да ускори лекото платно до достатъчни за междузвездни пътешествия скорости, учените са анализирали предишните научни работи и изследвания в областта на здравите и леки материали, Те са се спрели на аерографита – пяна на базата на въглерода, която е 15 000 пъти по-лека от алуминия. Пресмятанията показаха, че куха сфера от аерографит с диаметър около  1 метър и дебелина на обвивката 1 микрон (приблизително 1% от дебелината на човешкия косъм) ще тежи едва 2,3 милиграма.

Ако подобна сфера, носеща 1 грам полезен товар, бъде изведена в орбита около Земята (150 милиона километра до Слънцето, една астрономическа единица, а.е), то слънчевата светлина би я ускорила до скорост 183 600 км/ч или три пъти по-голяма, отколкото е скоростта на Вояджър 1 в момента. На тази сфера ще са ѝ необходими само 3,9 години, за да достигне орбитата на Плутон.

Но ако тази сфера бъде доставена на разстояние 0,04 а.е. от Слънцето, а това е най-близкото разстояние докъдето достигна до нашето светило сондата на НАСА Паркър, то много по-интензивната слънчева светлина би ускорила тази сфера почти до 24,8 милиона км/ч. Според изчисленията, въглеродната космическа сонда ще преодолее разстоянието от 4,2 светлинни години между Земята и Проксима Кентавър – най-близката звезда до нашата Слънчева система, за 185 години. Това време може да бъде намалено чрез увеличаване размера на сферата.

‘Най-удивителното, което виждам в получените резултати е, че мощността на нашата звезда – Слънцето, е достатъчна да изпрати междузвездна сонда до най-близките звезди без да се използва какъвто и да било източник на захранване на борда’ – каза водещият автор на това научно изследване Рене Хелър, астрофизик от Института за изследване на Слънчевата система Макс Планк в Гьотинген, Германия. ‘При този метод не е необходима наземна лазерна инсталация с цена милиарди долари, която да стреля в светлинното платно в космоса’ – добави той. ‘Вместо това, ние можем да използваме своеобразна зелена енергия’.

Моделирането на орбитите на мехурчестия кораб в гравитационното поле на Земята (синият кръг). Черните орбити не дават възможност за напускане на нашата планета. Зелените позволяват, но без допълнителни двигатели е трудно тази сонда да бъда направлявана в необходимата посока

Учените отбелязаха, че няколко грама електроника или друг полезен товар съвсем не е толкова много. Интересно е, че полезният товар на тези мехурчести междузвездни кораби може да тежи 10 пъти повече от самия кораб, докато полезният товар на стандартната химическа ракета би бил само една хилядна от масата на тази ракета.

Изследователите предположиха, че тези космически апарати потенциално могат да носят 32 W лазер с тегло именно 1 грам. Анализът на изкривяванията на лазерния лъч ще даде възможност да бъдат открити най-различни гравитационни ефекти, които от своя страна ще бъдат използвани за откриването на нови светове, които са твърде тъмни и студени, за да бъдат директно наблюдавани. За подобен свят се счита и хипотетичната девета планета.

Направените пресмятания показаха, че разработването на прототипа на космически кораб от аерографит ще струва около $1 милион, но след създаването на прототипа, всеки нов кораб от подобен вид ще струва около $1000 и дори по-малко. Разходите по ракетата за извеждането на тези сонди в космоса и тяхното тестване, ще бъдат около $10 милиона.

Най-големият проблем в създаването на подобна космическа сонда е, че засега никой не е изграждал каквато и да било структура от аерографит с размер повече от няколко сантиметра, докато са необходими неща с размерите на няколко метра. Но експертите по аерографит заявиха, че създаването на подобни големи структури по принцип е възможно.

Друга особеност на тази концепция е, че към днешен ден няма възможност за контролиране траекториите на сферите след тяхното извеждане в космоса. За да се достигне определен космически регион са необходими мащабни и точни изчисления. Ако бордовата електроника и оборудването даваха възможност за активно маневриране, то би било възможно транспортирането на обекти с неголяма маса – от 1 до 100 грама – между Земята и Марс в продължение на само няколко седмици.

Най-близките звезди до Слънцето

Учените предполагат че обикновените химически ракети могат да изведат аерографитните мехурчести сонди в космоса, а след това да ги насочат в необходимото направление с помощта на слънчевата светлина. Засега не е ясно дали тези сонди могат да издържат подобно транспортиране.

‘Хубавото на аерографита е, че много добре се свива’ – допълва Хелър. ‘Дори и при много силно притискане този материал може да бъде надут и да приеме предишната си форма. Ако успеем силно да свием аерографитното платно в лабораторни условия, то ще можем да го изведем в подобен вид в космоса, където да го издуем преди да го изпратим да пътешества. Но засега не сме измислили какво да направим с бордовата електроника’.

Сега учените провеждат експерименти за точното измерване на погълната и отразената от аерографита светлина. Научната работа е публикувана в списание Astronomy & Astrophysics.

5 6 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
4 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари