Новое исследование показало, что космический корабль, сделанный из пузырей углеродной пены, сможет добраться от Земли до Альфы Центавра «всего» за 185 лет, питаясь только солнечной энергией.
Рой этих зондов из угольной пены (если быть точным, с аэрографией) может ускорить межзвездное путешествие или помочь раскрыть и изучить таинственные Планета X нашей солнечной системы, если она существует.
Обычные ракеты, приводимые в движение химическими реакциями, в настоящее время являются основной формой космического движения. Однако они далеко не так эффективны, как достижение другой звезды за человеческую жизнь.
Например, Альфа Центавра, ближайшая к Земле звездная система, находится примерно в 4,37 световых года от нас — более чем в 25,6 триллиона миль (41,2 триллиона километров) или примерно в 276.000 1 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Космический корабль НАСА «Вояджер-1977», запущенный в 2012 году и находящийся в межзвездном пространстве с XNUMX года, чтобы достичь Альфы Центавра потребуется около 75.000 лет. если зонд указывал в правильном направлении (а это НЕ).
Эта проблема? Это пропеллент
Все обычные двигатели космических аппаратов используют топливо. Для длительных межзвездных путешествий требуется много топлива, что делает космический корабль тяжелым (и, следовательно, нуждается в большем количестве топлива, и так далее по кругу). Короче говоря, проблема, которая становится экспоненциально хуже с увеличением размера.
Путешествующий свет
Поэтому предыдущие исследования предполагали, что «световая навигация» может быть одним из немногих технически осуществимых методов доставки зонда к другой звезде в течение человеческой жизни.
Хотя свет не оказывает большого давления, ученые определили, что то немногое, что он оказывает, может иметь большой эффект. Действительно, многочисленные эксперименты показали, что «солнечные паруса» могут полагаться на солнечный свет в качестве движущей силы при наличии достаточно большого зеркала и достаточно легкого космического корабля.
Breakthrough Starshot: внизу с космическими бабочками
Инициатива Прорыв Starshot 100 миллионов долларов, объявленные в 2016 году, направлены на запуск множества космических кораблей размером с микрочип на Альфу Центавра, каждый с необычайно тонкими и невероятно отражающими парусами. Планируется, что эти маленькие «космические бабочки» будут летать со скоростью до 20% скорости света и достигнуть Альфы Центавра примерно через 20 лет.
Одним из недостатков проекта Starshot является то, что он требует самой мощной из когда-либо созданных лазерных решеток, чтобы выталкивать самолеты наружу. Мало того, что технологии для создания этого массива в настоящее время не существует, но и предполагаемые общие затраты проекта на ускорение межзвездных путешествий могут составлять от 5 до 10 миллиардов долларов.
Альтернатива: пенопластовые пузыри
В новом исследовании астрофизики предположили, что более дешевый вариант может включать в себя специальные «пузыри» из углеродной пены.
Исследователи обнаружили, что зонды, сделанные из этого материала, могут совершать межзвездные путешествия быстрее, чем любая ракета, питаемая исключительно солнечным светом, без необходимости в гигантском лазере.
Чтобы разработать способ, которым солнечный свет может двигать легкий парус с полезной межзвездной скоростью, исследователи проанализировали предыдущие научные исследования на предмет наличия прочных и легких материалов.
Они выбрали аэрографит, углеродную пену, которая в 15.000 XNUMX раз легче алюминия.
Чудеса аэрографии
Ученые подсчитали, что полая сфера аэрографа диаметром около 1 метра с оболочкой толщиной 1 микрон (около 1% ширины среднего человеческого волоса) будет весить всего пять миллионных долей фунта (2,3 миллиграмма).
Если бы такая сфера с полезной нагрузкой в 0,035 унции (1 грамм) была выброшена на астрономическую единицу (а.е.) от Солнца, солнечный свет разогнал бы ее со скоростью примерно до 114.000 183.600 миль в час (1 XNUMX километров в час), что в три раза больше, чем у Вояджер XNUMX.
(Одна а.е. - это среднее расстояние от Земли до Солнца, которое составляет приблизительно 93 миллиона миль или 150 миллионов км.)
Такой сфере потребуется всего 3,9 года, чтобы достичь орбиты Плутона.
Если бы такая сфера была выпущена на расстоянии около 0,04 астрономических единиц от Солнца (ближе, чем солнечный зонд НАСА Parker), более интенсивный солнечный свет разогнал бы космический корабль до почти 15,4 миллиона миль в час (24,8 миллиона километров в час). ).
Он может пройти расстояние в 4,2 световых года между Землей и Проксимой Центавра, ближайшей звездой к нашей солнечной системе, за 185 лет.
Путешествие «в пузыре» среди звезд
Чем больше сфера, тем быстрее она может лететь и тем больше полезной нагрузки может нести.
Что меня удивляет в наших результатах, так это то, что выходную мощность звезды, в нашем случае Солнца, можно использовать для продвижения межзвездного зонда к ближайшим звездам без необходимости в дополнительном источнике питания на борту.
Рене Хеллер, астрофизик из Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка в Геттингене, Германия.
Исследователи предположили, что этот космический корабль потенциально может нести 32-ваттный лазер весом всего две тысячных фунта (1 грамм).
Несмотря на свой вес, этот лазерный луч может помочь исследователям обнаружить гравитационные эффекты. Последнее, в свою очередь, может помочь обнаружить присутствие миров, которые в противном случае были бы слишком темными и холодными для обнаружения, таких как гипотетическая Планета X, говорит Хеллер.
Пузырьки из угольной пены: затраты
Ученые подсчитали, что разработка прототипа космических пузырей из углеродной пены может стоить 1 миллион долларов.
Тогда каждый космический корабль из углеродной пены можно было построить примерно за 1.000 долларов или меньше. Спуск на воду и испытание этих лодок может стоить около 10 миллионов долларов.
Пузырьки угольной пены: какие риски?
Самый большой риск этого проекта сейчас заключается в том, что никто никогда не создавал аэрографическую структуру больше нескольких дюймов. И нам нужно что-то длиной в несколько метров.
Однако исследователи связываются с экспериментаторами, которые предполагают, что создание таких больших структур в принципе возможно.
Еще одна немаловажная проблема — проблема управления. В настоящее время нет способа контролировать траекторию пузырей после их развертывания.
Марсианская доставка
Если бы электроника и оборудование на борту позволяли активно маневрировать, «было бы возможным транспортировать небольшие массы (от 1 до 100 граммов) между Землей и Марсом за несколько недель», — говорит Хеллер. Жители Colonie они могут получить этот красивый чехол для телефона, заказанный на Amazon Mars
В настоящее время исследователи проводят эксперименты, чтобы проверить, насколько хорошо аэрографит поглощает и отражает свет. Они подробно описали свои выводы онлайн в прошлом месяце. в журнале Astronomy & Astrophysics.
Короче говоря, в будущем обычные ракеты будут уносить в космос пузыри пены углерода. И солнечный свет продвинет их среди звезд.
