Ученые рассчитали, как долететь до ближайшей звезды при помощи лазеров

Достичь Альфы Центавры — 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. Подробнее об их идее - в материале "Газеты.Ru".

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 Центавре 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.