Пътешествията в Слънчевата система отдавна не са нищо свръхестествено: хората живеят в орбита около Земята, земните роувъри прекосяват марсианските пространства, а съвсем наскоро, създадените от човека Вояджъри напуснаха пределите на Слънчевата система. Разбира се, тези проекти бяха и си остават скъпи и единични. Но съвсем реални.

Съвсем очаквано, в наши дни започнаха да се появяват проекти за междузвездни полети. С тези проекти се появиха нови проблеми и трудности. Основният проблем е разстоянието: от една от най-близките до нас звезди – Алфа Кентавър, светлината долита за около 4,5 години. Същите тези Вояджъри, дори и извън пределите на Слънчевата система, се движат със скорост десетки километри в секунда относително Земята. Те биха долетели до Алфа Кентавър за огромните 75 000 години, ако разбира се, се движеха в необходимата посока. Тези години са повече от годините на съществуването на човешката цивилизация. Очевидно е, че първата цел е да се намери начин да се лети със скорост поне няколко десетки процента от скоростта на светлината. По този начин ще стане възможно да се достигнат (и заснемат) близките звезди само за няколко десетилетия. Това също е много, но става възможно в рамките на един човешки живот да се наблюдават околностите на по-близките до нас звезди.

Друг основен проблем е защитата на космическата сонда. МКС лети със скорост около 8 км/с и за нея са опасни обектите с диаметър от около половин милиметър. Но при скорост дори и една-две десети от скоростта на светлината, дори и прахови частици с микронни размери могат да повредят космическия апарат. Можем да добавим и твърдото космическо лъчение: ние сме предпазени от него от Слънцето и от магнитосферата на Земята, но в междузвездното пространство трябва да се осигури защитата на електрониката и различните компоненти.

Концептуално изображение на лазерната инсталация за проекта Breakthrough Starshot

Вижда се, че проблемите са сериозни, но вече има проекти, които могат да се справят с тях. Един от тях е Breakthrough Starshot. Той бе публично представен през 2016 година и в същата година получи начално финансиране от $100 милиона (инвеститори са и астрофизикът Стивън Хокинг и ръководителят на Facebook Марк Зукърбърг).

Идеята е доста необичайна: на висока орбита около Земята трябва да се изведе космически кораб, полезният товар на който са около 1000 малки сонди с тегло приблизително по 1 грам. След като корабът достигне желаната орбита, той извежда в космоса миниатюрните сонди една по една. Те са закрепени с помощта на свръхздрави влакна към слънчево платно с размер около 4 х 4 метра. След това наземни лазери в продължение на 10 минути фокусират в това платно лъч с мощност 50-100 гигавата. Според закона за съхранение на импулса, светлината на лазерите ще даде на платното ускорение от 30 000 g (g е ускорението при свободно падане към Земята) и ще го ускори до 20% от скоростта на светлината.

По този начин, пътят до системата на Алфа Кентавър ще продължи около 20 години – не е чак толкова много. Ще трябва да се изчакат още 5 години, за да може получените там данни да достигнат Земята. Вижда се, че проблемът със скоростта е решен много изящно. А по отношение на защитата се разчита на големия брой миниатюрни устройства – дори и част от тях да не долети, само едно от тях е достатъчно за да излъчи към Земята данните от другата звезда.

Естествено, след обявяването на тази идея, се изсипаха куп забележки от скептиците. Например, че светлината не може да създаде необходимото налягане за това ускорение. Въпреки че този ефект бе описан още през 1970-те години от физика Робърт Форуард, неговата проверка и тестване бе осъществена съвсем наскоро. През 2010 година, Япония в рамките на мисията IKAROS изведе в орбита космическа сонда със слънчево платно, която се движи благодарение на слънчевия вятър. Експериментът бе удачен: апаратът се ускори до скорост 1450 км/ч.

Така би могъл да изглежда космическият апарат със слънчево платно

Проблем е и построяването на лазерния комплекс с мощност сто гигавата. Но той трябва да бъде построен на Земята и тук всичко опира до цената.

Размерът и теглото на малките космически апарати не са проблем – днешните електронни устройства могат да бъдат с размер колкото хапче и да тежат под един грам.

Но както обикновено, проблемите възникват в най-неочакваното място. При площ от десетина квадратни метра, платното трябва да тежи възможно най-малко, понеже колкото е по-голяма тежестта, толкова по-малка ще бъде крайната скорост. При тегло 1 грам се получава, че дебелината на този материал трябва да бъде едва около 100 атома. Но едновременно с това той трябва да бъде достатъчно здрав, за да издържи ускорение от 30 000 g. Това е една от задачите, намиращи се на предела на днешните технологии.

Освен че трябва да е много здрав, този материал трябва да отговаря и на редица други изисквания: например, трябва да поглъща минимум излъчвания. Това е важно, понеже поглъщането на излъчванията ще доведе до нагряване, вместо до ускорение. Много добри отразяващи свойства в инфрачервения диапазон имат златото и среброто, но уви, те много добре поглъщат светлината.

Но има вещества, които са подходящи за направата на слънчево платно. Това са например кристалният силиций и молибденовият дисулфид. Учените предлагат за намаляване на масата да се направят хексагонални отверстия в платното, а за увеличаване на отразяващата способност да се използват редуващи се слоеве от избрания материал.

Сравнение размерите на слънчевото платно и на хората

Интересно е предложението за подобряване защитата на платното. Най-разпространените вещества във Вселената са водородът и хелият. Идеята е отверстията в платното да бъдат направени по такъв начин, че тези атоми да могат свободно да преминават през него. Що се отнася до по-големите обекти, то пресмятанията показват, че до пристигането в Алфа Кентавър тези сблъсъци могат да повредят не повече от 0,1% от неговата обща площ.

Сега учените се се заели с изследвания на въздействието на мощните лазери върху веществата на светлинното платно. Осен това, необходимо е да се доразвие технологията за изготвянето на големи листи изключително тънки фолиа. Работи се и върху опаковането на електрониката и платното, както и върху механизъма за неговото отваряне в космоса.

Със сигурност ще има проблеми по изготвянето на сондата, но няма нищо, което да е извън нашите възможности“ – каза Хари Атуотър (Harry Atwater), водещ автор на проекта и физик от калифорнийския технологичен институт. „Това са истински материали, а не анобтаниум“ (високотемпературния свръхпроводник-минерал от планетата Пандора на филма „Аватар“ на Д. Камерън).

Освен това, предвидени са нови изследвания, които да покажат какво ще е влиянието на формата на платното, за да се постигне максимално взаимодействие с лазерните лъчи и да се достигне необходимото ускорение. Ще бъдат направени необходимите изчисления за платно със сферична, а след това и с тороидална форма.

Сблъскваме се с много вълнуващи проблеми. Но намираме решения“ – каза още Атуотър.

 


Основен източник: Building Sails for Tiny Interstellar Probes Will Be Tough — But Not Impossible

4
ДОБАВИ КОМЕНТАР

avatar
2 Коментари
2 Отговори на коментарите
0 Последователи
 
Коментарът с най-много реакции
Най-горещият коментар
  Абонирай се  
нови стари оценка
Извести ме за
Кольо
Кольо

Изключителен материал…Но позволете да предположа, че със скоростта с която се развива техниката, докато реално се наканим да осъществим проекта от статията, е напълно вероятно да сме изобретили и да сме в състояние да използуваме по-добри методи за ускоряваме на големи кораби и да е безсмислено да си играем със сонди по 1 грам.

зъл дух
зъл дух

обичаш да гледаш фантастика , и аз обичам , ама има разлика от реалността xD . на всеки 5-10 години ни казват как ще си живеем с безплатна енергия – пък то не става , даже става по-зле xD . как ще си има всеки летяща кола и ще фърка където си иска , пък то става още по-сложно и скъпо . как ще има навсякъде домашни помощници роботи и повече няма пране-готвене-чистене, пък то всеки гледа да си внесе филипинци да му работят xD . та по-лекичко с предположенията за близко и далечно бъдеще особено с космически характер ….

Кольо
Кольо

Въпросната експедиция на такъв тип наносонди, я гласят за 2069г, в чест на 100 годишнината от първата лунна експедиция, бая време има до тогава, не мислиш ли? Наблюдавайки надпреварата в опитите да се създаде изкуствен интелект и също в създаването на суперкомпютри, чиято производителност расте значително по-бързо…дори десетки пъти по-бързо от процента прираст при любителските машини, съм склонен да предположа, базирайки се и на някои нови фундаментални открития във физиката, че е напълно възможно напредъкът в усвояването на далечният космос да се ускори значително в близките десетилетия. А относно роботите, няма друга причина, освен комерсиална(явно инвеститорите по някаква причина искат… Виж още »

юли
юли

Цитираното в статията платно е интересно съвпадение с начина на придвижване в космоса, описан от Дейвид Уебър в неговата фантастична поредица за Хонор Харингтън (на БГ са преведени само първите две книги), която в момента чета. В описаното от Уебър също се говори за платна, които улавят гравитационните потоци и по този начин се движат със скорост напр. до 0,5 g, а ако се използват гравитационнте тунели, то преместването в пространството е „мигновено“.