Сверхтонкие космические зонды разгонят массивами лазеров — Naked Science
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.
Вчера, 17:42
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

9 часов назад
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

Вчера, 18:00
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев

7 дней назад
-
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).
1 неделя назад
-
0
+
Я-то думал, статья про столетие этой идеи.
1 неделя назад
-
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 неделя назад
-
0
+
"Королева Анна умерла"...
1 неделя назад
-
0
+
Дето была статья о том как лазером научились притягивать мелкие частицы вещества
    1 неделя назад
    -
    0
    +
    Вполне возможно, что при увеличении мощности лазера можно будет и тормозить подобные паруса
    +
      ещё комментарии
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: