Лазерный мир

Представленный широкой публике около года назад стартап Breakthrough Starshot намерен в обозримом будущем отправить к нашей космической соседке, звезде Альфа Центавра, целый флот из нескольких тысяч миниатюрных кораблей. Оснащенный солнечным парусом и разгоняемый лазером с Земли кораблик, весом около грамма, должен достичь скорости примерно в одну пятую световой. В этом случае путь к цели займет у него около 20 лет. Достигнув места назначения кораблик использует свой парус как отражатель для передачи собранных данных. Возможно (и даже наверняка) долетят не все — именно поэтому аппаратов будет так много.

Optimized trajectories to the nearest stars using lightweight high-velocity photon sails
New means of interstellar travel are now being considered by various research teams, assuming light-weight spacechips that can be accelerated either via laser or solar radiation to a significant fraction of the speed of light. We recently demonstrated that gravitational assists can be combined with the deflection from the stellar photon pressure to decelerate an incoming lightsail from Earth and either fling it around a star or bring it to rest. Here we demonstrate that such a photogravitational assist is more effective when the star is used as a bumper (i.e. the sail passes «in front of» the star) rather than as a catapult (i.e. the sail passes «behind» or «around» the star). This increases the maximum deceleration at α Cen A and B and reduces the travel time of a nominal sail with a mass-to-surface ratio (σ) similar to graphene (8.6e-4 gram m−2) from 95 yr to 75 yr. The maximum possible velocity (v∞) that can be absorbed upon arrival depends on the required deflection angle from α Cen A to B and therefore on the orbital phase of α Cen AB. Here we calculate the resulting variation of the travel times from Earth to Proxima for the next 300 yr. We then compute the travel times for all stars within about 300 ly with available parallaxes from either Hipparcos or Gaia (about 22,000 in total). Although α Cen is the most nearby star system, we find that Sirius A, with a luminosity of 24 solar luminosities, offers the maximum possible deceleration in the solar neighborhood, and therefore the shortest possible travel times: 69 yr assuming 12.5 % c can be obtained at departure from the solar system. Sirius A thus offers the opportunity of fly-by exploration plus deceleration into a bound orbit of the companion white dwarf after relatively short times of interstellar travel.
https://arxiv.org/abs/1704.03871

Будет ли эта концепция реализована на практике, покажут ближайшие годы. Пока она обсуждается, обсчитывается и критикуется. Проект пока оказался достаточно жизнеспособным, чтобы выдержать первую волну критики. Очень похоже, что шансы долететь до места назначения и впрямь есть. А дальше?

Пролет всей системы Альфа Центавра на скорости в одну пятую световой займет несколько часов. Снизить скорость нельзя — у нашего кораблика нет тормозов, да и не помещаются они в один грамм массы. Ждать этого события два десятка лет, не считая времени на разработку зондов, пожалуй, слишком роскошно. Пожалуй, для того, чтобы получить какой-то значимый результат, стоит остаться в изучаемой системе подольше.

После этого, несколько затянувшегося, вступления, можно переходить к сути дела. Двое астрономов — Рене Хеллер (René Heller) из Института исследований солнечной системы им. Макса Планка в Геттингене (Германия) и независимый исследователь Михаэль Хиппке (Michael Hippke) — предлагают изменить проект, сменив его цель. Достижение звезд в нем останется, но вместо ближайшей к нам Альфы Центавра целью полета станет Сириус. Будучи вдвое дальше (восемь световых лет вместо четырех) Сириус светится в 16 раз ярче, поэтому его свет, при желании, реально использовать для торможения зонда.

По расчетам Хеллера, вывести зонд на орбиту вокруг Альфы Центавра в принципе можно, но полет в этом случае займет примерно 140 лет. Добраться до Сириуса, сбросить скорость и остаться на орбите можно всего навсего за 69 лет.

Идея «инновационная и интересная», говорит Ави Леб (Avi Loeb) из Гарвардского университета. «Однако потребуется очень тонкий парус, если целью действительно является достижение доли скорости света».

«Нам нужен очень легкий, прочный, устойчивый к температуре и хорошо отражающий материал для парусов, который может занимать площадь в несколько сотен квадратных метров», — говорит Хеллер. По его словам, материал может быть основан на графене с покрытием из метаматериала. «Если это сработает, тогда человечество действительно может стать межзвездным».

Надо заметить также, что возраст Сириуса составляет по современным данным всего чуть больше 200 миллионов лет, поэтому шансов найти там братьев по разуму или хотя бы сформировавшуюся планетную систему нет совершенно.

Источник: https://naked-science.ru/article/sci/predlozhena-koncepciya-poleta-k