Как и зачем лететь к Альфе Центавра?⁠⁠

Альфа Центавра – тройная система из двух солнцеподобных звезд (α Центавра А и α Центавра B) и красного карлика Проксима Центавра. У каждой из звезд есть свои планеты (в т.ч. в зоне потенциальной обитаемости). Вся эта красота находится в 4,36 световых годах от нас, и манит не только научных фантастов.

50 лет назад в журнале Британского Межпланетного Общества вышла объемная статья Роберта Лалла Форварда «Программа межзвездных исследований», где были расписаны этапы разработки, постройки и запуска беспилотных зондов к Альфе Центавра. Запуск планировался на 2025 г., скорость зонда должна была достигать 20% - 40% скорости света, т.е. данные об этой звездной системе предполагалось получить не позднее 2050-го.

В распоряжении Форварда были прогнозы научно-технических открытий на ближайшие 10 и 30 лет. Для разных сценариев прогресса Форвард расписал варианты проекта. Среди них был вариант «лазерной рогатки»: маленький зонд со световым парусом, который разгоняется мощным лазером. Именно этот вариант был принят как рабочий в 2016-м, когда вокруг проекта собралась «звездная команда» астрономов и физиков, при участии двух крупных университетов США. Были и инвесторы, включая Марка Цукерберга и Юрия Мильнера (последний смог вовлечь в проект Стивена Хокинга).

К 2018-му концепция была выбрана. Зонд-чип массой около 1 грамма должен был нести световой парус 4x4 метра из пленки толщиной 0,1 мкм массой тоже 1 грамм. Группа лазеров суммарной мощностью 50 ГВт могла бы придать зонду ускорение около 30.000g, и за 200 секунд разогнать его до 20% скорости света. Запускать предполагается сразу серию из примерно тысячи зондов.

Через час зонды пересекли бы орбиту Марса, через сутки – орбиту Плутона, а через 20 лет достигли бы Альфы Центавра…

…К этой концепции есть два типа вопросов:

1) Как там с физикой? Например с парусом, отражающим излучение такой мощности?

2) Зачем это затевать? Ради фото экзопланет с дистанции порядка 100 млн. км?

Ужать электронику микро-зонда до массы 1 грамм, скорее всего, получится (см. рис.).

Но как сделать пленочное зеркало-парус массой тоже 1 грамм, толщиной 0,1 мкм и площадью 16 м2, которое выдержит поток лазерного излучения мощностью 50 ГВт?

Для паруса предложены многослойные диэлектрические зеркала, отражающие 99,999% излучения. Физически можно сделать сверхтонкое зеркало с требуемым коэффициентом отражения - для одной длины волны и под одним углом. Кажется, все ОК, ведь надо сфокусировать излучение с заданной длиной волны 1,06 мкм.

Но по мере разгона зонда, проявится эффект Доплера (длина принимаемой волны вырастет). Кроме того, пленка будет нагреваться, что тоже повлияет на отражение.

Но, допустим, вопросы решены, зонд успешно долетел до Альфы Центавра, включил фотокамеру и передает данные. Как сделать, чтобы околоземный спутник получил их в виде достаточно сильного сигнала?

Авторы предложили, чтобы зонд, приближаясь к цели, превращал парус в фокусирующее устройство. Теоретически это возможно...

…Пусть мы сделали это. Через 25 лет у нас будет фотогалерея планет из системы Альфа Центавра, снятых с дистанции около 100 млн. км. Как фото Марса, сделанное с МКС на телефон в режиме zoom. Не слишком ли скромно?

Но проект Breakthrough Starshot уже принес огромную пользу, создав азарт и объединив значительный коллектив талантливых людей вокруг яркой межзвездной идеи. Благодаря проекту, появились новые исследования в физике тонких пленок, в технологии лазеров и в микроэлектронике.

Даже если удастся выйти лишь на 1% заявленных параметров (скорость микро-зонда будет 600 км/c), это позволит достичь любого астероида в Главном поясе за 3 – 4 дня и получить его детальные фото.

Для сравнения: зонд, отправленный в 2023-м к «золотому» астероиду Психея, достигнет цели лишь в 2029-м. Почувствуйте разницу

Больше интересного - Пожиратели мифов