Путь в дальний космос: о перспективном проекте звездолёта... под парусом

 

Космический корабль с солнечным парусом (NASA (Dr. Paulett Liewer), Public domain, via Wikimedia Commons)

С начала космической эры автоматические станции землян побывали в окрестностях всех крупных планет Солнечной системы. И хотя технологии позволили нам заглянуть под облака Венеры и Юпитера, достигнуть Плутона и отправить аппараты далеко за его орбиту, до звёзд пока что дотянутся можно только в мечтах или дистанционно, используя астрономические приборы. Всему виной огромные расстояния между светилами и несовершенство даже самых современных ракетных двигателей, которые не способны разогнать корабли до скоростей, сравнимых со скоростью света.

Но неужели человечество не способно в ближайшем будущем создать аппараты, которые преодолевают хотя бы десятки тысяч километров за секунду? Читателям эта цифра может показаться непозволительно маленькой, но именно она позволит автоматическим станциям за несколько десятилетий достигнуть ближайших звёздных систем.

Перед тем, как я кратко расскажу о современных концепциях межзвёздных кораблей, давайте посмотрим, почему ракеты на химическом топливе не годятся для полёта к другим звёздам. Дело в том, что скорость ракеты зависит от массы топлива и самой ракеты, а так же скорости, с которым горячие газы вылетают из реактивного двигателя. Хотим разогнаться так, чтобы в мгновение ока покинуть Солнечную систему? Тогда придётся брать с собой больше топлива. Но ведь в полёте ракета буквально толкает сама себя, и чем больше в ней горючего, тем больше масса объекта, тем тяжелее её разгонять. Поэтому внушительные запасы топлива на борту даже с самыми передовыми ракетными двигателями не способны решить проблему.

Двигатели звездолётов вовсе не должны быть мощными — им просто необходимо работать как можно дольше с некоторой постоянной тягой. При этом тяга может быть минимальной: представьте, что на длинную дистанцию бежит заяц и черепаха. Грызун способен разгоняться и обгонит черепаху, но сделает это лишь на коротком отрезке, а дальше выдохнется. Черепаха же ползёт медленно, но её усилий хватит, чтобы преодолеть нужное расстояние. Поэтому для звездолётов некоторые учёные предлагают двигатель, основанный на давлении светового излучения —  солнечный парус. Есть в этом некоторая ирония, ведь исследовать и осваивать собственную планету человек начал на кораблях, которые ходили под парусами…

Да, в космосе нет привычного нам ветра, так как плотность межпланетной среды ничтожна. Но зато в вакууме отлично проявляет себя давление света. О наличии этого феномена догадался ещё астроном Кеплер, а русский мыслитель Циолковский предложил первую модель солнечного паруса. Его концепция  проста: потребуется тонкое и большое полотно, которое разворачивается вокруг спутника. Частицы света, фотоны, будут сталкиваться с ним и разгонять аппарат.

Конечно, на Земле световое давление сложно почувствовать и зарегистрировать, ведь плотная атмосфера выступает своеобразным фильтром, задерживающим и рассеивающим излучение. Зато в космосе аппарат под солнечным парусом обладает значительными преимуществами — так, японский спутник IKAROS продемонстрировал, что подобная технология не только возможна теоретически, но и даёт неплохой результат при межпланетных перелётах.

Для звездолёта под парусом солнечных лучей, при всей их мощи, будет всё же недостаточно, ведь с увеличением расстояния от Солнца падает и мощность его излучения. Поэтому разгон аппарата можно осуществлять, воздействуя на парус мощным лазером. Сначала — просто посылая луч с Земли, чтобы звездолёт смог разогнаться и преодолеть притяжение планеты. Затем, если технологии позволят, станции «лазерного ускорения» можно построить на Луне и на астероидах, построив траекторию аппарата таким образом, чтобы он проходил мимо нужных небесных тел, с которых будет получать импульс для дальнейшего разгона. При этом у звездолёта не будет двигателя в классическом понимании, что приведёт к снижению вероятности поломок и других трудностей. А современная микроэлектроника позволит сделать начинку корабля миниатюрной -  в небольшом объёме поместится десяток датчиков, камеры и другие приборы. Представьте себе кубик с длиной ребра в один метр, который оснащён километровым солнечном парусом малой массы — разогнать его не составит особого труда.

Примерно так представляют звездолёт под парусом участники существующего проекта Breakthroug Starshot, цель которого — создать принципиально новый аппарат для дальних космических путешествий. Конечно, проект сталкивается с трудностями, и отсутствие мощных лазеров на Луне не самая значительная из них. 

Звездолёт подобный конструкции, отправленный к соседним звёздам, технически очень сложно затормозить, поэтому первые миссии за пределы Солнечной системы будут пролётными, без остановок вокруг интересующих нас объектов. К тому же, если аппарат движется в пространстве со скоростью 10 000 километров в секунду, столкновение с любой пылинкой приведёт к его уничтожению, а силовые поля вокруг звездолёта, как в фантастических сериалах, генерировать вряд ли возможно. С другой стороны, рассматривается вариант создания десятков таких кораблей, чтобы хотя бы некоторые из них добрались до цели невредимыми.

Идея звездолёта на солнечном парусе, хотя и кажется несколько утопичной, отличается от других вариантов по одному параметру: сегодня технология солнечного паруса существует не только на бумаге, но и проходит практическую проверку. Да, до умопомрачительных скоростей далеко, но ведь и первые химические ракеты едва разгонялись до скорости современных самолётов и преодолевали считанные сотни метров.

 

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.