Ученые рассчитали, как долететь до ближайшей звезды при помощи лазеров

Достичь Альфы Центавра — ближайшей «соседки» Солнечной системы — всего за 20 лет космическому паруснику программы Breakthrough Starshot поможет фотонный двигатель из 100 миллионов лазеров. Австралийские исследователи придумали, как ускорить межзвездный наноспутник. 

Ученые из Австралийского национального университета предложили способ запуска для космического парусника к ближайшей звезде в рамках проекта Breakthrough Starshot. По их задумке, придать необходимую скорость аппарату поможет фотонный двигатель — система, суммарно включающая в себя до 100 миллионов лазеров. Свои расчеты исследователи представили в Journal of the Optical Society of America B.

В 2015 году основатель Mail.Ru Group, предприниматель Юрий Мильнер совместно с супругой учредил программу научных и технологических исследований проблемы жизни во Вселенной Breakthrough Initiatives. В рамках этой программы вручается научный «Оскар» Breakthrough Prize, в рамках проекта Breakthrough Listen ведется поиск внеземной жизни.

Еще одним проектом Breakthrough Initiatives является проект Breakthrough Starshot, целью которого является доказать возможность межзвездного полета в течение жизни одного поколения. Для этого был выбран концепт космического парусника StarChip.

В нем нанозонд размером 3,5 на 3,5 сантиметра и весом около грамма, оснащенный сенсорами, камерой, радиоантенной и ускорителями, будет соединен с солнечным парусом размером четыре на четыре метра, толщиной 100 нанометров и массой в грамм.

Сама идея такого паруса — приспособления, использующего для движения давление света — не нова: ее впервые выдвинул Константин Циолковский, а теоретически обосновал один из пионеров ракетостроения Фридрих Цандер. Такие аппараты уже существуют: в 2010 году был запущен японский IKAROS, США отправили в космос LightSail-1 и LightSail-2.

Теперь австралийские ученые предложили способ ускорить космический парусник с геостационарной орбиты с помощью гигантской сети лазерных комплексов. «Программа Breakthrough Starshot предполагает, что необходимая оптическая мощность (для придания необходимой скорости аппарату – «Газета.Ru») составляет около 100 гигаватт» — рассказал один из исследователей Роберт Уорд. По его словам, приблизиться к подобным цифрам будет непросто — в настоящее время самые большие батареи обладают 100-кратно меньшими объемами энергии.

Каждый комплекс будет состоять из тысячи секторов по тысяче модулей, в каждом из которых будет по 100 лазеров. Каждый из таких лазеров с длиной волны в 1064 нанометра будет испускать киловатт оптической энергии.

По сделанным ранее предварительным оценкам, стоимость такой системы может достигнуть восьми миллиардов долларов, а стоимость самой операции по ускорению — около шести.

Однако при работе такой лазерной установки необходимо учитывать влияние земной атмосферы. «Атмосфера искажает исходящий луч лазера, заставляя его отклоняться от требуемого направления, — отметил другой исследователь, профессор Майкл Айрленд. — Наше решение предполагает использование лазерной опорной звезды. В нем небольшой спутник будет направлять лазер на решетку с земной орбиты. По мере того, как свет опорной звезды будет идти к Земле, он будет помогать измерять вызванные атмосферой искажения. Мы разработали алгоритм, который позволит использовать эту информацию для заблаговременной корректировки».

Кроме того, необходимо учитывать и отклонение самих лучей лазеров. «Мы используем случайный цифровой сигнал для кодирования измерений каждого из лазеров и последующей их расшифровки. Это позволяет нам выбирать из огромной кучи информации только те измерения, которые нам необходимы. После этого мы можем сузить проблему до небольших комплексов», — рассказал еще один член исследовательской группы Пол Сибли.

Путешествие к Альфе Центавра с помощью обычных способов перемещения займет около 100 лет. Добраться же до Альфы Центавра с помощью космического парусника на фотонном двигателе предполагается за 20 лет со скоростью в 20% от световой.

«Во время облета Альфы Центавры он (парусник — «Газета.Ru») сделает снимки и проведет измерения, которые затем будут переданы на Землю», — рассказал ведущий автор исследования Чатура Бандутунга. Предполагается, что через пять лет после проведения измерений астрономы получат данные о спутнике Проксимы Центавра — Проксиме Центавра b, равно как и других экзопланетах в системе, если те будут обнаружены.

Однако, подчеркивают ученые, их разработка, как и сам парусник, пока представляют из себя лишь концепт. «Несмотря на то, что мы уверены в дизайне нашей разработки, проверить ее еще лишь предстоит. Следующим шагом станет испытание основных структурных элементов в контролируемых лабораторных условиях. Среди них концепты сочетания малых комплексов лазеров и алгоритмы атмосферной коррекции», — отметил Бандутунга.