Starshot изнутри: дерзкий план путешествия к звёздам

В закладки

Создать самый мощный лазер на планете и направить его на соседнюю звезду… что же может пойти не так?

Филипп Любин не боится небольших трудностей

Этот текст сперва вышел в раннем доступе для наших спонсоров на Patreon. Приглашаем вас поддержать наш проект и стать одним из патронов: вы получите ранний доступ к материалам на сайте, к видеороликам и дайджестам на канале, к главам аудиокниги. Присоединяйтесь!

Космические конференции привлекают много талантливых людей: исследователей, изобретателей и просто любителей, которые горят одной мечтой – создать космический корабль для межзвёздных путешествий. Та атмосфера, которая возникает на подобных мероприятиях, может дать людям вдохновение на свершение открытий. Так же как и может их заставить думать, что всё это – пустая трата времени. Многие из предлагаемых вариантов путешествий слишком расплывчаты – слишком много технических пробелов, которые остаются незаполненными.

В 2015-ом году космолог Калифорнийского университета Филипп Любин принимал участие в симпозиуме «Столетний звездолёт» («100-Year Starship»), где изложил свой план межзвёздного путешествия. Если кратко – необходимо создать лазер настолько мощный, что им можно будет разогнать небольшие космические аппараты до 20% скорости света. До Альфы Центавра за 20 лет? Мы могли бы стать покорителями звёзд за одно поколение! Это было бы довольно захватывающе!

Любин – отличный оратор. Базовые технологии для его проекта уже существуют. Научное обоснование выглядит довольно убедительно. Именно поэтому после выступления его буквально окружила толпа людей. Также на этом мероприятии Филипп впервые встретился с научным руководителем Исследовательского центра Эймса Питом Уорденом. Уорден недавно занял пост главы программы The Breakthrough Initiatives, которая финансируется российско-израильским миллиардером Юрием Мильнером. Спустя шесть месяцев у Любина появилось финансирование в размере 100 миллионов долларов и одобрение от одного из величайших физиков современности – Стивена Хокинга – который назвал проект Любина «следующим большим прыжком в космос».

Starshot довольно прост по своей сути. По крайней мере в теории. Сначала создаём большой массив лазеров умеренной мощности. Далее синхронизируем лазерные лучи таким образом, чтобы получить единый луч мощностью в 100 гигаватт. И направляем его на световой парус с высокой отражательной способностью, который будет приводить в движение спутники массой менее одного грамма (они уже находятся на орбите). То есть мы просто включаем наш луч на несколько минут и разгоняем аппарат до релятивистских скоростей.

Объединение исследований Любина в области направленной энергии и его страсть к реактивному движению помогли проекту Starshot появиться на свет

Такая технология могла бы использоваться не только для межзвёздных космических миссий. Она бы нашла применение и в Солнечной системе. Просто представьте себе, каково это: отправить посылку на Марс за несколько дней. Или организовать туда же полёт продолжительностью в месяц с людьми на борту.  Проект Starshot помог бы нам сделать Млечный Путь и Солнечную систему немного теснее.

Это просто фантастика. Или мечта. Может всего лишь рекламная замануха. А может это проект на долгосрочную перспективу, который не может быть реализован сейчас из-за отсутствия некоторых технических решений, необходимых для его создания.

Любину 66 лет. Он быстро ходит, у него густые чёрные волосы и борода. Он – серьёзный ребёнок, обеспокоенный реалиями этого мира. Он искал успокоения в математике и естествознании, потому что считал их красивыми.

Я любил школу. Раньше я учился всё время. Это было моё пристанище – кататься на велосипеде в библиотеку и пожирать там книги, одну за одной.

Но несмотря на это, Филипп не ожидал, что пойдёт по пути академической науки. Его семья ценила образование. Но его литовский отец работал почтальоном – он даже не закончил среднюю школу. Мать – русская – работала секретарём.

Я вырос с мыслью о том, что колледж – это для каких-то других людей. Не для меня.

Однако после того, как Филипп получил поддержку от школьного консультанта в Лос-Анджелесе, он стал посещать общественный колледж, где преподаватели подтолкнули его к поступлению в Калифорнийский университет в Бёркли. А уже там профессора направили его в магистратуру. И в конце концов Любин оказался в Гарварде.

Когда я оглядываюсь назад на всё это, я понимаю – я был полным балбесом.

Сегодня Филипп Любин — космолог. Большую часть своей карьеры он создавал оборудование для измерения фонового излучения во Вселенной, но у него различные научные и технические интересы. Идею под названием Starshot он впервые выдвинул на конференции по оборонным технологиям – там обсуждалось использование лазеров для защиты Земли от астероидной угрозы.

Его другой большой интерес: реактивное движение. Дело в том, что большинство современных ракет работают на жидком топливе – основной принцип неизменен со времён Фау-2. Если сравнивать это с прогрессом в области вычислительной техники – то исследования реактивного движения и рядом не стояли, так как за последние 75 лет скорость вычислений возросла в миллиарды раз. «Разве не было бы замечательно, если бы в области реактивного движения прогресс шёл такими же темпами», — говорит Любин. «SLS – сверхтяжёлая ракета NASA, которая стоит уже более 12-ти миллиардов долларов, но всё ещё не готова – могла бы стоить копейки».

В лабораториях Любина в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре есть загромождённый склад. Внутри витает дух экспериментальной физики: гигантские катушки с оптоволокном, стойки с осциллографами, ящики для инструментов, печатные платы. Шкафчик для растворителей здесь, шкафчик для закусок там.

Но проходя по своим лабораториям Филипп понимает, что у проекта Starshot всё ещё множество проблем. Нет достаточно мощных лазеров. Нет лёгких парусов, которые могли бы принять на себя воздействие луча, не превратившись при этом в пыль. Нет космического корабля весом меньше грамма для космического путешествия. Остаются проблемы с размещением лазерных установок и их энергоснабжением. Такие разработки вызывают этические и политические вопросы – ведь их можно использовать как оружие.

Недавно получивший степень PhD Питер Кроган рассказывает о решении всех этих проблем. Сначала: постройка массива лазеров.

Задача состоит в том, чтобы выяснить как стабилизировать частоту миллиардов лазеров, дабы объединить их в один большой луч. Объединение большого количества лазерных лучей позволило бы получить необходимую проекту мощность. В текущем плане команды массив должен находиться на Земле — с точки зрения затрат это выглядит лучше, чем выводить его на орбиту. Но и здесь возникают проблемы — например, атмосферные помехи. Для решения проблемы атмосферных помех необходимо прикрепить к кораблям маячок, который будет посылать сигналы на Землю, позволяя лазерам зафиксировать свою цель. Кроган работает над фазовой синхронизацией лазеров, дабы совместить работу каждого из них. Он предлагает синхронизировать работу массива уровень за уровнем — если это можно будет сделать для двух уровней массива, можно будет сделать и для пяти. Пять — наиболее подходящее количество уровней, которые обеспечат мощность в 100 гигаватт. 

Вторая большая проблема — солнечный парус. Несмотря на то, что этой концепции не один десяток лет, первый образец площадью 14 квадратных метров появился на орбите лишь в 2010 году (см. IKAROS). Но парус, способный выдерживать давление фотонов — это не то же самое, что парус, способный остаться целым после воздействия самого мощного в мире лазера. Всё равно что сравнивать воздействие на ваше лицо тумана и струи из пожарного шланга.

Чтобы решить проблему, нам необходимо разработать очень лёгкий и очень прочный парус. Одновременно. Но ключевой элемент — материал, способный пропускать через себя часть энергии лазера. Один из перспективных кандидатов — стекло. Хотя придётся отрегулировать некоторые его свойства для достижения идеального сочетания отражающей способности и прозрачности. Кроган же говорит, что нам только предстоит изобрести идеальный материал. И в этой области есть  существенные достижения.

Прашант Сринивасан — один из тех, кто работает над космическим аппаратом с лазерным приводом, который, как надеется группа, сможет достичь Альфа Центавра за одно поколение.

Третья серьёзная проблема — очень маленький космический корабль, массой менее грамма. Самые маленькие объекты, запускаемые в космос на сегодняшний день — кубсаты. Это спутники в виде куба со стороной 10 сантиметров. Их масса составляет порядка одного килограмма. Команда Любина планирует создать космический аппарат размером с кремниевый чип. У них уже есть маленькие прототипы — размером со спичечный коробок или даже меньше. Но лучшие прототипы команды весят порядка 100 грамм — всё еще в 100 раз больше, чем необходимо для миссии к Альфе Центавра. Препятствия на пути разработки аппарата включают в себя интеграцию электроники и фотоники, защиту от космического излучения, сокращение энергопитания, разработку сверхмалого бортового двигателя… список можно продолжать. 

Да, у проекта есть технические проблемы, но главное его отличие от остальных состоит в том, что для его реализации не требуется какая-то новая физика или какие-то принципиально новые технологии. Пока Любин разрабатывал эту идею, он рассылал подробности своим коллегам для обратной связи. Они были «людьми, которые разорвали бы любой проект в клочья». Такие люди не постесняются сказать, что ты идиот. Но в конце концов их мнения сошлись в одном — это может сработать.

К тому времени, как технические специалисты из Breakthrough начали проверять концепцию, Starshot уже стал надёжным планом. Уорден был очень взволнован:

Мы все были убеждены, что это — первый действительно правдоподобный способ межзвёздного путешествия, который мы могли бы воплотить в течение нашей жизни.

Если получится решить хотя бы одну из проблем, которые есть в проекте Starshot — это уже будет большим прорывом для человечества. Взять хотя бы разработку космического аппарата размером в один грамм. Появившиеся не так давно кубсаты уже запускаются целыми группировками. Чипсаты совсем скоро могут занять их место, дабы произвести революцию в науке и коммуникациях. Недорогие и эффективные лазерные массивы могут стать решением проблемы космического мусора. А достижения в области солнечных парусов позволят космическим аппаратам добираться до удалённых мест в нашей Солнечной системе за месяцы, а не годы.

Но есть проблема, которую нельзя решить с помощью технологий: геополитика. Лазеры конечно могут приводить в движение солнечные паруса, но по словам профессора по вопросам национальной безопасности в Военно-морском колледже США Джоана Джонсона-Фриза, «люди начинают сильно нервничать, когда речь заходит о лазерах».

Он полагает, что международные соглашения позволят использовать лазерные установки  наиболее широко и эффективно. А военный потенциал этих технологий — это не новость. Всё, что делает Китай в космосе, имеет военную подоплёку. То же самое относится к США — Китай может истолковать всё, что делает США, как угрозу. 

Одним из путей продвижения вперёд может стать демократизация разведки. Исторически США и другие сверхдержавы доминировали в космосе, но Starshot может открыть его для стран, которые ранее не имели возможности отправиться на орбиту. Страна, которая запустит группировку чипсатов, сможет получить доступ к связи и разведке. Starshot — это один из тех редких проектов, которые имеют такие большие технологические, научные, коммерческие и геополитические последствия.

По словам Любина, всё это требует тщательного осмысления и большой прозрачности, а также международного сотрудничества. К счастью, у нас ещё есть время на всё это, так как проект далек от того, чтобы быть запущенным в космос.

Так когда же реализуют проект Starshot? Один из возможных вариантов — 2061 год, столетний юбилей полёта Юрия Гагарина в космос. Это довольно далеко от текущего момента времени — при таком сроке реализации Филипп Любин не сможет наблюдать первую межзвёздную миссию. Также такие сроки реализации означают, что проекту требуется финансирование на десятилетия разработки и испытаний. Вложения NASA истекли в этом году. Остальная сумма пришла от анонимного благотворителя. А сумма, заявленная как финансирование от программы Breakthrough — не пришла до сих пор.

Очевидно, что проект Starshot — задачка не из лёгких, но Филипп Любин не боится трудностей.

Это не просто какая-то технология для разового применения. Не просто какая-то вундерфавля, которая отправится к звёздам. Отправка кубсатов к Европе, быстрые пилотируемые полёты на Марс, возможность удерживать космические аппараты на сверхнизких орбитах в течение более длительного времени…ну или защита нашей планеты от угрозы астероидов. Если вы не в состоянии понять всей широты этой технологии — то вы не поймете всех прелестей тех изменений, которые она сделает возможными.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

18
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.