О простейших конструктивных решениях для сверхлегкого межзвездного зонда с лазерным парусом для Breakthrough Starshot

О простейших конструктивных решениях для сверхлегкого межзвездного зонда с лазерным парусом.

305

Как известно, 12 апреля 2016 г. в День космонавтики основатель фонда Breakthrough Initiatives Юрий Мильнер и известный британский физик Стивен Хоукинг анонсировали новый проект Breakthrough Starshot. Проект предусматривает разработку и создания инфраструктуры для запуска сверхлегких (массой порядка нескольких граммов) и дешевых высокотехнологичных межзвездных зондов с лазерными парусами, со скоростью полета до 20% скорости света, в течение ближайших 20-30 лет. В качестве первой цели обозначена система Альфы Центавра.
На пути к реализации данного проекта стоят несколько значимых проблем (challenges), в числе которых – влияние на конструкцию аппарата межпланетной и межзвездной пыли и заряженных частиц.

 

Можно отметить снимки звезды Мира в ультрафиолетовой части спектра, сделанные в 2007 г. в рамках проекта GALEX. Скорость движения Миры – всего около 130 км/с, но перед ней четко видна отошедшая ударная волна в межзвездном газе.

 

При малой массе в несколько граммов и несравнимо более высокой (в 460 раз) расчетной скорости проектируемого межзвездного зонда  эффект будет гораздо сильнее, что приведет, во-первых, к интенсивному торможению паруса сразу после отключения разгонного лазерного луча, и во-вторых, к его быстрому разрушению под действием газа и пыли.

 

Как один из очевидных способов решения проблемы,  целесообразно после этапа лазерного разгона  развернуть парус перпендикулярно направлению полета (ребром по курсу). Тогда торможение и износ будут минимальны.

 

Если парус стабилизируется вращением вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, с достаточно большой частотой, чтобы полотно паруса сохраняло жесткость и не сложилось под действием встречного потока, можно обеспечить его минимальный равномерный износ по периметру. Подобным образом изнашивается при резке рабочая кромка абразивного диска углошлифовальной машины («болгарки»), при этом его центральная часть остается целой. В этом случае оптимальна, видимо, круглая форма паруса. Если полотно паруса электрически положительно заряжено, как предлагалось ранее, при этом обеспечивается и частичная защита от встречных положительных ионов, летящих  под  малым углом  к плоскости паруса – они будут отклоняться.

 

Если сам парус является не плоским, а гофрированным, электрически заряжен и вращается, а полезная нагрузка расположена в центре, то по завершении этапа разгона парус является не балластом, а щитом от частиц межзвездной среды. Площадь миделя аппарата в данном случае определяется максимальной высотой гофров, и если толщина гофрированного паруса больше высоты элементов полезной нагрузки, их защита обеспечивается. При заданных массовых характеристиках зонда радиус круглого паруса может достигать 2-3 м. Сочетание закрутки и гофрированной поверхности также позволит обеспечить жесткость конструкции.

 

Придание вращения парусу в простейшем случае можно обеспечить при разгоне за счет эффекта "фотонной турбины" - например, если выполнить радиальные гофры оптически асимметричными (с неодинаковой отражательной способностью граней), за счет чего под действием разгоняющего лазерного луча возникнет крутящий момент.

 

Газовый "хвост" звезды Мира А при скорости порядка 130 км/с в межзвездной среде

 

На подлете к цели целесообразно снова развернуть парус перпендикулярно направлению полета – тогда за счет сопротивления межпланетной среды и встречного солнечного ветра можно несколько снизить скорость и увеличить время наблюдения при пролете планетной системы.

 

Задача двукратного разворота вращающегося паруса относительно траектории может представлять некоторую сложность из-за возникновения гироскопического эффекта при закрутке, но в целом представляется решаемой. 

 

305

Подпишись на нашу рассылку лучших статей за неделю.

Загрузка...
Загрузка...

Колумнисты

Комментарии

Plain text

  • Разрешённые HTML-теги: <br/>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.

Быстрый вход

или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии