Межзвёздные зонды потерпят крушение на пути к Альфа Центавра

Гигантские паруса разгонят нанозонды до необходимой скорости.

Иллюстрация с сайта breakthroughinitiatives.org.

Возможно, пустота космического пространства — не столь уж большая проблема. По крайней мере, она может послужить на благо межзвёздных миссий. Учёные установили, что зонду, двигающемуся со скоростью, равной одной пятой от скорости света, может сильно навредить столкновение даже с небольшой пылинкой.

Один из самых амбициозных планов современности – инициатива Юрия Мильнера Breakthrough Starshot, в рамках которого специалисты хотят отправить к звезде Альфа Центавра аппараты, которые должны будут прислать хоть какие-то снимки и данные о планетной системе, ближайшей к Солнечной.

В течение ближайших лет инженеры планируют решить поставленные технические задачи и отправить флот из 1000 нанозондов в долгие 20 лет путешествия. Мильнер вложил в эту миссию первые 100 миллионов долларов, но, скорее всего, в итоге она обойдётся человечеству в миллиарды.

Средства тратятся в том числе и на исследования, прогнозирующие, что ждёт аппарат по пути к чужой звезде. Одно из них недавно завершил знаменитый астрофизик Ави Лёб (Avi Loeb), научный консультант проекта из Гарвардского университета. "Вести.Наука" уже не раз рассказывали о его выдающихся работах.

На этот раз учёный изучил, как и с какими последствиями будет происходить столкновение зонда с межзвёздным газом и пылью.

Все мы слышали, что микрометеороиды угрожают космическим телескопам и МКС. Однако большинство "пылинок" благополучно отлетят в сторону после столкновения с этими "кораблями". Проблема в том, что зонды, которые планируется создать в рамках проекта Starshot, будут двигаться в пространстве гораздо быстрее своих земных "собратьев". Это означает, что кинетическая энергия, высвобожденная при столкновении даже с небольшой пылинкой, будет куда больше.

Скорее всего, аппараты проекта Starshot будут созданы из углеродных материалов и кремнезёма, поэтому физик и его команда исследовали последствия столкновения именно для них. Моделирование показало, что соударения будут приводить к разогреву поверхности зонда и образованию "кратеров".

Межзвёздный газ не будет наносить такого вреда, как пыль, так как он состоит из более лёгких атомов и менее плотный.

Но пылинка размером менее одной сотой миллиметра сможет полностью уничтожить аппарат. Успокаивает то, что астрономические наблюдения показывают: таких частиц в космосе крайне мало, гораздо больше более мелких.

Тем не менее дорога к Альфа Центавра предстоит непростая: за 20-30 лет движения космические "бомбардировщики" могут привести в негодность до трети объёма зонда.

Чтобы решить эту проблему, учёные планируют сделать аппараты проекта Breakthrough Starshot тонкими и длинными. В этом случае шансы лобового столкновения с частицами межзвёздной среды значительно снизятся.

Весить зонды будут не более грамма. Но электроника даже столь миниатюрного аппарата сможет собрать информацию о системе планет Альфа Центавра и переслать все данные на Землю (они будут добираться до нашей планеты ещё примерно четыре года).

Команда Лёба предлагает разместить на носах зондов графитовые щиты, которые будут разрушаться по мере движения к цели, но защитят электронные микросхемы.

Кроме проблемы соударений инженерам предстоит продумать, как будет переживать путешествие парус зонда. Напомним, что, согласно первоначальной идее, у каждого аппарата будет большой парус, который будет развёрнут в околоземном пространстве. Его зеркальную поверхность учёные планируют "обстреливать" лазерными лучами для разгона аппарата. Однако после достижения необходимой скорости, парус надо будет свернуть и убрать.

Добавим, что, даже если аппараты не достигнут конечной цели, учёные узнают много нового о межзвёздной среде и путешествиях по ней. А значит, методом проб и ошибок они всё же смогут построить корабль, который рано или поздно преодолеет все сложности.

В конце концов, именно на это направлены исследования. Учёные ищут проблемы и решают их. Научные работы практического свойства делают любую идею более близкой к реальности, привлекают внимание к деталям миссии.

Сам Лёб считает, что честный научный подход – единственный способ продолжать движение к поставленной цели.

"Реальность кусается, если ты её игнорируешь, — говорит астрофизик. – Очень важно распознать будущие трудности и попытаться найти решение".

Результаты исследования команды Ави Лёба опубликованы на сайте препринтов arXiv.org.