Крошечные космические зонды с "лазерным парусом" могут быстро путешествовать в дальние уголки Солнечной системы и за ее пределы⁠⁠

Новое исследование показало, что миниатюрные космические зонды размером с мобильный телефон могут летать по Солнечной системе с помощью парусов, приводимых в движение лазерами, что позволит этим крошечным космическим кораблям достигать гораздо более высоких скоростей и, потенциально, гораздо более удаленных пунктов назначения, чем могут себе позволить зонды и ракеты с обычным двигателем.

Нынешним космическим зондам обычно требуются годы, чтобы совершить путешествие в пределах Солнечной системы; например, зонду НАСА « Новые горизонты» потребовалось почти 10 лет, чтобы добраться до Плутона .

Теоретически космическим кораблям, использующим обычные ракеты, потребуются тысячи лет, чтобы совершить межзвездное путешествие. Например, Альфа Центавра , ближайшая к Земле звездная система, находится на расстоянии около 4,37 световых лет — 41,2 триллиона километров, или более чем в 276 000 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Космическому кораблю НАСА « Вояджер-1 », который был запущен в 1977 году и достиг межзвездного пространства в 2012 году, потребовалось бы около 75 000 лет, чтобы достичь Альфы Центавра, даже если бы зонд двигался в правильном направлении.

Инициатива Breakthrough Starshot стоимостью 100 миллионов долларов , о которой было объявлено в 2016 году, планирует запустить рой космических зондов размером с микрочип, каждый из которых оснащен необычайно тонкими, невероятно отражающими "лазерными" парусами, приводимыми в движение самыми мощными лазерами из когда-либо созданных человечеством, к Альфе Центавра. Согласно расчетам, они разовьют скорость около 20% скорости света (порядка 60 000 км в секунду) и достигнут Альфы Центавра примерно через 20 лет.

Однако для этого потребуется наземная лазерная установка площадью порядка 1 кв. километра и мощностью около 100 гигаватт, что на сегодняшний день стало бы самым мощным лазером, когда-либо созданным на Земле .

В новом исследовании исследователи предполагают, что более скромная наземная лазерная установка — от 1 до 10 метров в ширину и от 100 киловатт до 10 мегаватт мощности — все еще может оказаться полезной, отправляя крошечные зонды через Солнечную систему, разгоняя их до гораздо более высоких скоростей, чем смогли бы их разогнать ракетные двигатели.

«Такие лазеры можно построить уже сегодня с относительно небольшими инвестициями», — сказал Space.com старший автор исследования Артур Давоян, материаловед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Нам не нужно ждать, пока станет доступен 100-гигаваттный лазер».

Межзвездное путешествие в разумных временных рамках накладывает больше ограничений, чем путешествие в пределах Солнечной системы. Например, Starshot стремится отправить зонды к другой звезде в течение жизни человека, поэтому ее космические зонды спроектированы так, чтобы быть необычайно легкими — каждый всего 1 грамм или около того — чтобы летать как можно быстрее, учитывая количество энергии, которое они получают. .

Лазерные паруса для межпланетных путешествий, напротив, не обязательно должны быть такими легкими. Ученые предполагают, что зонд для таких полетов будет весить до 100 грамм или около того — масса, «сравнимая с массой типичного сотового телефона», — сказал Давоян.

В то время как Starshot сталкивается с массовыми ограничениями , из-за которых сложно разместить все необходимые системы и инструменты космического корабля на одной платформе весом в 1 грамм,  зонд весом 100 грамм «может быть легко оснащен всеми необходимыми компонентами, включая спектрометры, акселерометры, детекторы частиц, камеры и так далее. на — все ключевые ингредиенты для проведения надлежащей научной миссии в дальних уголках космоса», — сказал Давоян.

Кроме того, поскольку лазерный массив может запускать более одного зонда, он потенциально может отправить к месту назначения целую группу крошечных зондов, каждый с различным оборудованием. «Например, один может быть зондом магнитометра, другой оснащен камерой, а третий может служить детектором частиц», — сказал Давоян. «Мы думаем, что небольшие зонды могут быть массово отправлены в совершенно разные места Солнечной системы, чтобы совершить прорыв в науке».

Поскольку межпланетные путешествия не требуют мощных лазеров, необходимых для Starshot, они также не требуют больших парусов с необычными свойствами материала, необходимыми для того, чтобы выдерживать многие требования межзвездных полетов, например, не испаряться под светом звезд.  Исследователи предположили, что паруса из нитрида кремния или нитрида бора размерами около 10 сантиметров должны быть достаточными для достаточно быстрых полетов в Солнечной системе.

Оригинал статьи на Space.com