Зонды из углеродной пены для очень быстрых межзвездных полетов

Джанлука Риччио

Пространство

Исследование инновационных материалов показывает, что специальные зонды, выполненные в виде пузырьков угольной пены, позволят совершать межзвездные путешествия со скоростью, невообразимой сегодня

Новое исследование показывает, что космический корабль, сделанный из пузырьков углеродной пены, сможет добраться от Земли до Альфы Центавра «всего» за 185 лет, питаясь только энергией Солнца.

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.

Межзвездное путешествие с пузырьками угольной пены (аэрограф)
Межзвездные путешествия или путешествия для обнаружения очень холодных планет (таких как гипотетическая Планета X) будут возможны с использованием пузырьков углеродной пены.

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 на расстоянии около 4,37 световых лет – более 25,6 триллиона миль (41,2 триллиона километров), или примерно в 276.000 1 раз больше расстояния от Земли по Солнцу. Космический зонд 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 кораблей используют топливо. Длительные межзвездные путешествия требуют большого количества топлива, что делает космический корабль тяжелым (и, следовательно, ему требуется больше топлива и так далее по циклу). Короче говоря, проблема, которая становится экспоненциально хуже по мере увеличения размера.

Путешествующий свет

Таким образом, предыдущие исследования показали, что «легкое плавание» может быть одним из немногих технически осуществимых методов доставки зонда к другой звезде за время человеческой жизни.

Хотя свет не оказывает большого давления, ученые установили, что даже небольшое давление может иметь серьезный эффект. Действительно, многочисленные эксперименты показали, что «солнечные паруса» могут полагаться на солнечный свет в качестве двигателя при наличии достаточно большого зеркала и достаточно легкого космического корабля.

Breakthrough Starshot: внизу с космическими бабочками

инициатива Прорыв Starshot Проект стоимостью 100 миллионов долларов, анонсированный в 2016 году, направлен на запуск к Альфе Центавра множества космических кораблей размером с микрочип, каждый из которых имеет необычайно тонкие и невероятно отражающие паруса. План предусматривает, что эти маленькие «космические бабочки» будут летать со скоростью до 20% скорости света и достигнуть Альфа Центавра примерно через 20 лет.

Одним из недостатков проекта Starshot является то, что для выталкивания корабля наружу требуется самая мощная лазерная установка, когда-либо созданная. Мало того, что в настоящее время не существует технологии для создания этого массива, но предполагаемая общая стоимость проекта по ускорению межзвездных путешествий может составлять от 5 до 10 миллиардов долларов.

Альтернатива: пузыри из углеродной пены.

В новом исследовании астрофизики предположили, что более дешевый вариант может включать 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 из аэрографита диаметром около 1 метра с оболочкой толщиной в 1 микрон (около 1 процента ширины среднего человеческого волоса) будет весить всего пять миллионных фунта (2,3 миллиграмма).

Если бы такая сфера с полезным грузом весом 0,035 унции (1 грамм) была выпущена примерно на одну астрономическую единицу (а.е.) от Солнца, солнечный свет разгонял 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 "Вояджера". 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.

Пузырьки угольной пены (обработанные аэрографом) позволят совершать межзвездные путешествия со скоростью, невообразимой сегодня
Художественная реконструкция поверхности Альфы Центавра.

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 Макса Планка по исследованию Солнечной системы 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 выявить наличие 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 невозможно контролировать траекторию пузырьков после их развертывания.

Марсианская доставка

Если бы бортовая электроника и оборудование позволяли активные маневры, «было бы возможно 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 рассказали о своих выводах в Интернете 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.

Друзья Альфа Центавра, мы идем!

Сообщать об исследованиях, открытиях и изобретениях, обращайтесь в редакцию! ФП на Фатто Котидиано
Альберто Робиати и Джанлука Риччио знакомят читателей со сценариями будущего: возможностями, рисками и возможностями, которые у нас есть, чтобы создать возможное будущее.

По той же теме:

Последний