Предложен способ связи с межзвёздными зондами

Как крошечный зонд, летящий к альфе Центавра со скоростью в 20% световой, мог бы передавать на Землю данные? Команда смелого проекта, предложенного Юрием Мильнером и Стивеном Хокингом, нашла решение. Правда, над его техническим воплощением придётся потрудиться.

К звёздам под парусом

В 2016 году российский предприниматель Юрий Мильнер и ныне почивший британский астрофизик Стивен Хокинг объявили о запуске проекта Breakthrough Starshot. Энтузиасты собираются разработать космический парусник весом несколько граммов, который будет ускоряться мощным лазерным лучом с Земли. Предполагается, что он достигнет скорости в 20% световой и прибудет в систему альфы Центавра всего через 20 лет после запуска.

Смелая задумка получила от специалистов множество критических отзывов. Например, скептики посчитали, что под действием такого луча парус просто испарится, из какого бы материала он ни был изготовлен. Кроме того, трудно себе представить конструкцию, выдерживающую перегрузки, возникающие при подобном ускорении. Среди других возражений поднимался и вопрос, как крошечный зонд будет передавать данные на Землю.

Свой ответ на него дал Кевин Паркин (Kevin Parkin), системный директор проекта Breakthrough Starshot. Его научная статья принята к публикации в журнал Acta Astronautica и доступна в виде препринта.

Лазер, направленный на Землю

Эксперт предлагает оснастить парусник множеством небольших лазеров, испускающих инфракрасные волны длиной 1,02 микрометра. Эти излучатели нужно распределить по площади четырёхметрового паруса так, чтобы они образовывали фазированную решётку. Благодаря этому миниатюрные лазеры объединятся в передатчик общей мощностью 100 ватт.

Согласно расчётам физика, каждую секунду Земли будут достигать 288 фотонов, испущенных парусником. Этого должно быть достаточно для передачи данных со скоростью от 260 до 1500 бит в секунду.

    "Преимущество передачи ста ватт со всей площади паруса состоит в том, что [необходимый] наземный приёмник уменьшается до 30-метрового телескопа. Они, скорее всего, появятся примерно через одно-два десятилетия", — говорит Паркин в материале ресурса Universe Today.

Более того, при должном уровне технологий эту роль могла бы сыграть система из нескольких метровых телескопов, работающая как единое целое.

Совокупность маленьких лазеров должна работать как единая излучающая решётка.
Иллюстрация Adrian Mann.

Почему всё не так просто

Впрочем, воплотить эту идею не так легко, как сформулировать.

Прежде всего, сама целесообразность проекта, для которого нужен такой "небольшой" приёмник, сомнительна. Имея 30-метровый инфракрасный телескоп, астрономы могли бы изучить систему альфы Центавра гораздо лучше, чем это можно сделать с помощью зонда массой в несколько граммов.

Техническая возможность такой системы связи тоже вызывает вопросы.

Во-первых, пока не существует фазированных решёток, работающих на столь крошечной длине волны. И неизвестно, появятся ли они в ближайшие десятилетия, поскольку создать такое устройство — невероятно сложная задача.

Стоит также заметить, что основная функция паруса — отражать падающий на него мощный луч лазера с Земли. При этом на квадратный метр паруса будет приходиться десять гигаватт (!) энергии. Как это совместить с функционированием тонкой системы инфракрасных лазеров прямо на парусе — очень большой (если не риторический) вопрос.

Кроме того, зонд придётся оснастить ещё и системой наведения луча на Землю. Ведь размер "солнечного зайчика", создаваемого лучом его сигнального лазера, будет вдесятеро меньше дистанции между нашей планетой и Солнцем.

Впрочем, Паркин полон решимости пробиться сквозь эти тернии к звёздам. Он даже предлагает запустить целый флот подобных аппаратов, передающих данные друг другу и корректирующих на их основе своё полётное задание (насколько им позволит это сделать неизменное направление испускаемого с Земли луча). Напомним, что управлять таким зондом с наземной станции невозможно, ведь сигнал с нашей планеты добирается до альфы Центавра более четырёх лет.