Что мешает создать парус для полета к Альфе Центавра

Участники проекта Breakthrough Starshot подготовили список проблем, которые им придется решить для того, чтобы создать солнечный парус подходящих размеров для полета к Альфе Центавра за 20 лет.

"Первые результаты нашего анализа оказались неожиданно оптимистичными – уже существующие сегодня материалы, в комбинации с новыми методиками производства и измерения их свойств, в принципе позволяют создать прототип паруса, подходящего для разгона межзвездного корабля", — пишут Гарри Этуотер (Harry Atwater) и его коллеги из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США).

В апреле 2016 года покойный британский космолог Стивен Хокинг и российский миллиардер Юрий Мильнер рассказали о своей очередной "космической" инициативе в рамках серии проектов Breakthrough Initiatives — Breakthrough Starshot. В его рамках бизнесмен выделил 100 миллионов долларов на создание космического корабля на базе идеи, изложенной калифорнийскими физиками под руководством Филипа Лубина (Philip Lubin) два года назад.

Ее суть заключается в том, чтобы отправлять к далеким планетам не классические космические корабли, а чрезвычайно легкие и плоские структуры из светоотражающего материала, которые будут разгоняться до околосветовых скоростей при помощи мощного орбитального лазера.

Подобный межзвездный "парусник", по расчетам американских физиков, сможет достигнуть Альфы Центавра за 20 лет, и будет совершать перелеты между Марсом и Землей всего за трое суток без полезной нагрузки, и за месяц при нагрузке в 10 тонн.

Главной проблемой и в том и в другом случае будет торможение зонда – пока у придумавшей его команды нет идей, как сделать остановку лазерного "парусника" безопасной. Аналогичные проблемы возникнут, как позже предположили другие физики, при его разгоне – парус будет или сожжен лазером, или же он разрушится при столкновении с частицами пыли.

Этуотер и его коллеги по институту, непосредственно участвующие в Breakthrough Starshot, впервые детально изучили то, как будет вести себя подобный парус при взаимодействии с лазером и межзвездной средой, и сформулировали набор минимальных требований по его изготовлению.

Как выяснили ученые, несмотря на почти "невозможный" набор характеристик – площадь в 10 квадратных метров, массу в грамм и отражательную способность в 99,999999% — главной проблемой при изготовлении паруса будет не подбор материала, а ряд других вещей. Оказалось, что на Земле уже существует ряд материалов, в том числе пленки из дисульфида молибдена, аморфного кремния и ряда других полупроводников, которые имеют подобные свойства.

Если эта пленка будет достаточно тонкой, то, парадоксальным образом, столкновения с атомами гелия и водорода, присутствующими в межзвездной среде, почти не будут сказываться на жизни паруса. Большая часть атомов будет проходить сквозь него, не причиняя вреда, а столкновения с частицами пыли, как показывают расчеты физиков, повредят не более 10% от общей площади паруса.

Проблема же, в свою очередь, заключается в том, что сегодня не существует технологий, которые позволяли бы выращивать очень однородные и тонкие пленки из этих веществ нужных размеров. Ученым придется найти способ склеивать относительно небольшие фрагменты этих пленок, диаметром в 10-20 сантметров, причем проводить эту операцию нужно фактически с атомарной точностью.

С другой стороны, Этуотер и его коллеги уверены, что подобные методики "склеивания" кусочков паруса можно достаточно быстро разработать, опираясь на те технологии, которые сегодня используются в IT-индустрии для спаивания отдельных элементов микросхем. Их создание позволит Breakthrough Starshot решить одну из главных проблем и приступить к созданию лазерной установки, способной разогнать этот парус до нужной скорости.