Электропарус будущего: может ли «сломанный зонтик» открыть для нас космос

Для тех, кто живет во вселенной «Звездного пути», 4 апреля 2063 года будет великим днем. В этот день гениальный ракетный инженер Зефрам Кохрэйн впервые успешно испытает свой варп-двигатель. Технология произведет революцию в сфере космических путешествий: космические корабли смогут путешествовать быстрее скорости света и смело выведут нас туда, где никто не был прежде.

Для всех остальных варп-двигатели, червоточины и путешествия быстрее скорости света останутся чисто спекулятивными понятиями. Они могут быть возможны — идея деформации (варпа) пространства и путешествия через короткие проходы в ткани пространства-времени много лет рассматривается научно — но очень немногие физики готовы поставить серьезные деньги против утверждения Эйнштейна, что никто не может двигаться быстрее скорости света.

Что же делать тем, кто хочет выбраться за пределы нашей Солнечной системы и посмотреть, что там находится?

Единственным космическим аппаратом, который забрался дальше, чем планеты, луны и астероиды нашей Солнечной системы, был «Вояджер-1». На момент написания этой статьи, этот отважный зонд был в 20 083 476 000 километрах от Земли, двигаясь на скорости 17 километров в секунду. И вроде бы круто, но «Вояджер-1» был запущен в 1977 году и оснащен научными инструментами, камерами и датчиками начала 70-х. С ними он и летит уже почти 40 лет.

Прежде чем люди попытаются отправить другой зонд в межзвездное пространство, инженеры надеются найти способ добраться туда быстрее и, в идеале, при своей жизни.

Вариантов несколько. Некоторым нравятся солнечные паруса — гигантские зеркальные листы, движимые силой фотонов Солнца. Другим — включая Стивена Хокинга — нравится полет на этих парусах при помощи плотно сфокусированных пучков фотонов, которые будут генерировать лазеры на Земле или на спутниках на орбите.

Инженер NASA Брюс Вигманн изучает возможность полета к звездам с применением двигательной системы, которая напоминает сломанный зонтик или жилистую медузу. В его основе лежит идея электрического паруса и космического зонда, помещенного в центр вентилятора из металлических проводов.

Вместо того чтобы отталкиваться за счет фотонов, электропарус использует энергию солнечного ветра. Этот поток заряженных частиц непрерывно излучается Солнцем на скорости, близкой к 400 км/с. Предварительные исследования свидетельствуют, что космический аппарат, оседлавший этот ветер, мог бы двигаться в три раза быстрее зонда, оснащенного солнечным парусом.

«У вас есть длинные тонкие оголенные провода, которые положительно заряжены и простираются от медленно вращающегося космического аппарата», говорит Вигманн, работающий в отделе передовых концепций NASA в космическом центре Маршалла в Алабаме. «Положительно заряженные провода будут отталкивать положительно заряженные ионы солнечного ветра, толкая космический аппарат — подобно магнитикам, с которыми мы играли в школе, магниты одинаковой полярности отталкиваются друг от друга».

«Мы могли бы повторить миссию «Вояджера», но за 10-12 лет, — говорит он. — Мы могли бы добраться до Плутона за 5-6 лет, в два раза быстрее миссии Dawn, и до Юпитера за два года».

Но на практике все это может быть не так легко.

Профессор астрофизики из Мичиганского университета Томас Зарбахен говорит, что в идее Вигманна «куча проблем».

«Большая часть энергии Солнца поступает в виде света, — говорит он. — Ее полная сила в солнечном парусе примерно эквивалентна гравитационной силе шоколадного батончика на футбольном поле — энергия солнечного ветра в тысячу раз меньше».

Поэтому, если солнечный парус может быть несколько сотен метров в ширину, космический зонт NASA должен быть 40 километров в диаметре — размером с город — и провода, привязанные к космическому аппарату, придется запускать на обычной ракете вроде новой SLS NASA.

Недавно Зарбахен руководил крупным американским научным исследованием, которое показало, что небольшие спутники, известные как Cubesat, вполне могут справиться с планетарными миссиями и обойдутся гораздо дешевле традиционных космических аппаратов. Но он не уверен, что полет на заряженных проводах будет лучшим способом заставить их двигаться. «Материальная сторона во всем этом ужасает, — говорит Зарбахен. — Мы делаем провода больше сотни лет и они до сих пор ломаются».

«Подумайте о проводах: они будут тяжелыми, потому что сделаны из металла, — говорит он. — Они должны быть более высокого качества, иначе когда вы пропустите по ним электричество, они сгорят. Они сломаются и в том случае, если по ним ударит микрометеорит».

Вместо того чтобы использовать электропарус, Зарбахену больше нравится идея разогнать зонды будущего с помощью солнечных парусов или ядерного движения — или и того и другого. Не то чтобы электрический зонтик невозможно сделать. Но уж точно не легко.

Команда Вигманна в настоящее время занимается основами инженерии в своем проекте и надеется провести первые испытания, используя провода, привязанные к высотным воздушным шарам.

«Мы попытаемся доказать возможность технологии», говорит Вигманн, планирующий провести первую демонстрационную миссию в начале 2020-х. «Мы также изучаем физическую сторону вопроса, чтобы узнать, сколько двигательной силы сможет произвести солнечный ветер. Все с чего-то начиналось. Мне нравится эта идея. Если мы докажем физику, останется дело за инженерами».

Если технология окажется успешной, космический аппарат на электропарусе сможет обогнать «Вояджер». Или мы могли бы просто подождать, пока Кохрэйн изобретет варп-двигатель, и тогда оба предыдущих варианта останутся далеко позади…

Источник