22 июля
Александр Березин
9

Сверхтонкие космические зонды разгонят массивами лазеров

4.6

Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) предложили новый тип космических зондов — предельно легких, но при этом очень быстрых, разгоняемых до огромных скоростей излучением мощных лазеров космического базирования. В результате время достижения удаленных тел Солнечной системы можно сократить в пять-десять раз даже при скромных размерах и массе лазерных систем. Более крупные варианты этих систем в принципе пригодны для посылки зондов к ближайшим звездам

Лазерный разгон космического зонда в представлении художника / ©breakthroughinitiatives.org

На сегодня человечество располагает двумя вариантами активного разгона космических аппаратов: химические ракетные двигатели и ионные двигатели. Первые требуют огромного объема топлива и поэтому пригодны только для миссий с умеренными скоростями. Вторые потенциально могут оказаться значительно быстрее, но разгоняют свои аппараты медленнее.

Однако еще в 1899 году Петр Лебедев продемонстрировал в эксперименте, что свет способен оказывать физическое давление на другие тела, без «отдачи» в отношении источника светового излучения. В 1908 году крупный ученый Сванте Аррениус предположил, что споры различных форм жизни под световым давлением могут переноситься от одной планетной системы к другой. В 1925-м Фридрих Цандер первым предложил использовать световое давление от Солнца для космических полетов. После появления в 1960-х лазера перспективы «фотонного паруса» стали более конкретными: лазер позволял сконцентрировать плотный пучок излучения на малом по площади «фотонном парусе» космического корабля. Ряд исследователей заявили о возможности полетов зондов, разгоняемых околоземными орбитальными лазерами, к ближайшим звездам.

Авторы новой работы, препринт которой выложен на arXiv.org, предложили посмотреть на возможности «лазерного паруса» под слегка иным углом. Они отмечают, что практически все предлагавшиеся ранее зонды такого рода имеют большую проектную массу и предназначены для межзвездных дистанций. Это требует создания на орбите Земли крупной группировки синхронно действующих лазером с мощностями от десятка мегаватт до 100 гигаватт (проект Starshot). По мощности и стоимости такие системы близки к комплексам противоастероидной (или противоракетной) обороны, что делает их довольно дорогими.

Исследователи предложили концепцию очень компактных «зондов на чипе» — пластин на основе нитрида кремния, содержащих микросхемы, пригодные к сбору оптических данных и трансляции их обратно на Землю. Источником энергии для «зонда на чипе» выступит тот же лазерный луч, что разгоняет его: часть кремниевой пластины будет фотоэлементом, преобразующим световую энергию в электрическую. Диаметр такой пластины-зонда будет в районе 10 сантиметров, а масса — не более 100 граммов. При этом зонд сможет делать наблюдения не только в оптическом, но и в инфракрасном диапазоне.

Благодаря высокой компактности его можно будет разгонять до десятков и сотен километров в секунду довольно слабыми лазерами — мощностью от 100 киловатт (для близких миссий) до 10 мегаватт (для миссий к Плутону и поясу Койпера). Как здраво отмечают авторы работы, лазеры подобной мощности уже можно выводить в космос и по умеренным ценам. Мощность солнечных батарей МКС сегодня превышает 100 киловатт — то есть и с энергетической точки зрения обеспечение такого «лазерного паруса» не слишком сложное.

Карликовые планеты, находящиеся за пределами орбиты Нептуна, весьма многочисленны. Часть из них может иметь подледные океаны / ©Wikiemdia Commons

При этом он окажется исключительно быстрым средством исследования. Полет к Марсу для него займет 20 дней, к Юпитеру — 120 дней, а к Плутону — менее трех лет. Для сравнения: зонд New Horizons летел к Плутону девять лет. Лазерный парус на сегодня — средство исключительно разгона, активно тормозить «зонды на чипе» не смогут. Но точно так же не мог активно тормозить New Horizons — изучение им удаленных объектов Солнечной системы шло «на лету».
Еще более перспективными зонды с лазерным парусом станут при изучении транcплутоновых объектов — Макемаке, Орка, Эриды и других карликовых планет, пока что практически недоступных для детальных исследований. Между тем они могут быть действительно интересны: та же Эрида массивнее Плутона. Значит, она, как и он, может иметь не до конца замерзший подводный океан — и, быть может, даже перспективы жизни.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

Позавчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

Позавчера, 12:12
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

23 ноября
Мария Азарова

Международная команда ученых на примере более чем 30 тысяч жителей Западной Европы и США оценила связь между возникновением сердечной недостаточности и приемом аспирина.

21 ноября
Александр Березин

Зачем Россия во время испытания нового оружия создала кучу обломков, угрожающих МКС? Верно ли, что подобные действия сделают ближний космос непригодным к использованию? Naked Science рассказывает, почему ответы на оба эти вопроса — совсем не такие, как кажется.

25 ноября
Александр Березин

Группа японских исследователей выдвинула крайне интересную гипотезу: дельта-штамм в Японии был, но… «самоликвидировался» под грузом накопленных мутаций. Предположение вызывает изумление: истории неизвестны случаи самоуничтожения вирусных заболеваний, отчего же в этот раз ученые рассуждают именно так?

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

28 октября
Мария Азарова

Все образцы продукции популярных ресторанов быстрого питания, протестированные американскими учеными, содержали один или несколько видов фталатов либо других пластификаторов.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев

-
0
+
Что-то не уверен я, что такая бандура с огромным парусом станет нормально летать и работать. Как бы кубарем ее не понесло вразнос по кочкам (неконтролируемое вращение косм аппарата во всех осях).
23.07.2021
-
0
+
Я-то думал, статья про столетие этой идеи.
22.07.2021
-
0
+
Идея конечно совсем не новая и не так давно в России собирались запустить микроспутник к Алфа-центавра. Но то ли спонсор передумал о ли это просто был пиар-проект без конкретного выхлопа. В общем чего-то про них не слышно. Схлопнулся наноспутник Мильнера-Хокинга.https://www.interfax.ru/world/503408
-
-1
+
"Королева Анна умерла"...
22.07.2021
-
0
+
Дето была статья о том как лазером научились притягивать мелкие частицы вещества
    22.07.2021
    -
    0
    +
    Вполне возможно, что при увеличении мощности лазера можно будет и тормозить подобные паруса
    +
      ещё комментарии
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: