Това високоскоростно космическо платно може да ни отведе до следните звездни системи

Само на около 4 светлинни години от нашата слънчева система се намира Алфа Кентавър, друг оживен космически квартал. Той е инсталиран от три звезди Със същата функция като нашето слънце, то носи планети, подобни на нашите известни осем тела и може да има земен близнак Мотайте се в обитаемата зона. Почти като алтернативна реалност, звездната система е объркваща област за изследователите на космоса.

Има само един ясен случай. С настоящата ни технология изпратените космически кораби няма да достигнат до Алфа Кентавър до около 82022 година. Ето защо през 2016 г. покойният астрофизик Стивън Хокинг и инвеститор Юрий Милнер Пуснат Starshot хак – Инициатива за изпращане на космически сонди с размер на вафла до Алфа Кентавър със скорост 20% от скоростта на светлинатанамалявайки огромното време за пътуване до само 20 години.

Тяхната схема се фокусира върху оптично платно, което използва силата на фотоните, известни също като частици светлина, излъчвани от наземен лазер, а не вятъра като традиционното платно. Въпреки че пасва идеално на научнофантастичната технология на Star Trek, идеята придоби толкова голяма популярност, че изследователи навсякъде започват да изучават как да накарат извънземната джаджа да работи, надявайки се да създадат хипер-двигател, който експлодира из вселената в шеметни темпове.

Един такъв екип от Университета на Пенсилвания се справя с голяма част от пъзела. в Няколко статии, публикувани този месец в Nano LettersИ на Изследователите предложиха начин да се гарантира, че тези иновативни космически кораби няма да бъдат разкъсани от интензивни лазерни импулси по време на двудесетилетния междузвезден полет. По същество изследователите предполагат, че платното трябва да „тече“ във вакуума на космоса като платната на обикновените лодки сред земните ветрове.

„Някои от числата на светлинните платна от самото начало се плискаха, други не, но не са били добре проучени“, каза авторът на изследването Игор Баргатин, доцент в катедрата по машинно инженерство и приложна механика на Университета на Пенсилвания. „Това, което направихме, беше да покажем, че определено трябва да се надуете.

„Осъзнахме, че хората наистина не обмислят механизмите на проблема, по-специално възможността за плач“, добави Баргатин. „Искаме да сме сигурни, че тази идея е реализирана и когато се реализира, хората обръщат внимание на нещата, които могат да се случат по време на ускорение.

— Не искаме тези платна да се провалят.

Параметри на междузвездния кораб

Представете си лодка, която излиза в морето с платно, прикрепено към нея. Платното ще се издига при всеки порив на вятъра и ще тласка кораба напред. Тази тяга се причинява от отката на вятъра, удрящ платното, създавайки натиск.

Светлинните платна не са много по-различни.

„Когато фотоните ударят нашето светло платно, те се отразяват и създават натиск“, каза Баргатин. „Точният механизъм е малко по-различен, защото говорим за светлина срещу действителни въздушни молекули. Но той създава налягане, но така или иначе.“ Всъщност такива устройства вече са се оказали до известна степен ефективни.

През 2010 г. Японската агенция за аерокосмически изследвания Той стартира мисия с леки платна, наречена Ikaros Тя го смяташе за успех. през 2019 г., LightSail демонстрация 2 Партньорско дело. Финансиран от кампания на Kickstarter, започната от Бил Най и Нийл ДеГрас Тайсън, той излетя малък спътник в космоса, използвайки чистата сила на фотон.

Но както Ikaros, така и LightSail 2 използват светлина, излъчвана от слънцето, за разлика от визията на Breakthrough Starshot за лазери.

Въпреки че слънчевата светлина намалява риска от сълзи, тя е твърде слаба за опит за Starshot. Освен това, казва Баргатин, светлинните импулси на Starshot трябва да се появят за сравнително кратко време, защото след като светлинното платно е твърде далеч от Земята, учените губят способността си ефективно да го ускоряват.

Накратко, за да достигнат една пета от скоростта на светлината – за да може да достигне Алфа Кентавър за необходимите двадесет години – в рамките на строг прозорец, светлините ще се нуждаят от изключително силни светлинни импулси, които са възможни само с лазер.

„Проектираният натиск върху нашите фотонни нокти не е огромен“, каза Баргатин. — Това е почти като да имаш стотинка в ръката си. Научно казано, налягането се равнява на около 10 Pa, казва Баргатин, но помислете как живеем живота си, без да се притеснявате за лекото налягане. Абсолютно.

Десет Pas на светлинната мощност изисква много лазерна енергия, така че за разлика от танца на Икар на нежната слънчева светлина, леките нокти, излъчвани от изключително тежки лазерни импулси, могат да бъдат повредени.

Как да изградим постоянно светло платно

Според изследователите мощните лазерни импулси могат да създадат достатъчно силен натиск, за да извият и разкъсат плочата като платното на опъната лодка, която може да експлодира, ако бъде ударена от гигантска буря.

Те вярват, че светлините трябва да имат способността да се „издуват“ и да образуват донякъде извита форма като балдахин. Баргатин обяснява, че дължината на платното и радиусът на кривината трябва да са около 3 метра. В новите си статии авторите очертават геометрични измервания, които осигуряват оптимално разтягане.

Дори леко платно, защитено от сълзи, ще срещне други препятствия. За да се преодолеят подобни проблеми, основният параметър, който трябва да се вземе предвид, е материалът за плаване. Панелите трябва да са здрави за издръжливост и леки, за да намалят мощността на лазера и ефективно да отразяват светлината за оптимална тяга и отделяне на топлина, генерирана от лазерните импулси.

Баргатин казва, че ако не се погрижи за последната част, тя буквално може да отплава синтез в пространството.

„Можете да измислите редица материали. Дебелината на този материал и криволинейната геометрия ще позволят на платното да преодолее натиска, за който в момента проектираме“, каза Баргатин, отбелязвайки, че неговият екип търси най-вече материал, наречен молибден дисулфид.

В голямата схема на нещата обаче изграждането на масивна лазерна решетка, която да изпраща лъч светлина напред, би било голямо препятствие. Изследователите, работещи в космическите комуникации, също все още измислят как да извлекат информация от сонда с микрочип, прикрепена към оптичното платно, казва Баргатин.

Ако механизмът Breakthrough Starshot заработи един ден, това ще бъде истинско доказателство за блясъка на човечеството в науката. При обявяването на страхотните цели на организацията преди шест години, Паметник на Хокинг:

„Мисля, че това, което ни прави уникални, е надхвърлянето на нашите граници. Гравитацията ни залепи за земята, но току-що отлетях за Америка. Загубих гласа си, но все още мога да говоря, благодарение на моето устройство за синтез на глас. Как да преминем тези граници?“

С нашите умове и нашите машини.