На сломанном зонтике - в космос? Надо же с чего-то начинать!
Для тех из нас, кто хорошо знаком с вселенной сериала Star Trek, 4 апреля 2063 года станет великим днем. Именно в этот день гениальный ученый-ракетчик Зефрам Кохрейн успешно испытает космический двигатель, искривляющий пространство.
Эта технология откроет новую эпоху в освоении космоса - появятся звездолеты, способные передвигаться быстрее скорости света, и мы "смело отправимся туда, где еще не ступала нога человека". А там и вулканцы появятся, и всё прочее.
Ну а пока искривляющие пространство двигатели, червоточины в космосе и полеты на сверхсветовых скоростях остаются чистой теорией.
Может быть, когда-нибудь это изменится - скажем, возможность искривления пространства или изобретения технологий, позволяющих срезать пространственно-временные углы, наука не исключает.
Однако мало кто из физиков сегодня готов поставить деньги на то, что у эйнштейновского принципа, согласно которому ничто не может передвигаться быстрее света, найдутся исключения.
Единственный летательный аппарат, который смог выйти в межзвездное пространство, оставив позади орбиты планет, спутников и астероидов Солнечной системы, - "Вояджер 1".
К моменту написания этой статьи зонд успел преодолеть 20 083 476 000 километров, двигаясь со скоростью около 17 километров в секунду.
Космический зонд "Вояджер-1" путешествует в космосе уже более 40 лет
Звучит впечатляюще - если не упоминать тот факт, что "Вояджер-1" был запущен в 1977 году и, соответственно, оснащен датчиками, инструментами и камерами, сконструированными все в тех же 70-х, а путешествие его продолжается уже более 40 лет.
Прежде чем человечество попытается запустить следующий межзвездный зонд, инженеры надеются сделать его намного быстрее, чем все предыдущие.
В идеале им хотелось бы застать в здравом уме и твердой памяти тот момент, когда он долетит до своей цели.
Есть несколько способов этого достичь. Некоторые из ученых склоняются к использованию солнечных парусов: это гигантские зеркальные полотна, которые приводятся в движение силой фотонов, излучаемых Солнцем.
Другие, в том числе Стивен Хокинг, предлагают наполнять эти паруса сфокусированными пучками фотонов из мощных лазеров, расположенных на орбите или на Земле.
А инженер НАСА Брюс Вигман изучает возможность отправить корабль к звездам при помощи системы, напоминающей исполинский сломанный зонтик с оголенными спицами. Или проволочную медузу.
Эта конструкция использует принцип, который можно назвать электрической парусной тягой, и состоит из собственно космического зонда и проволочных нитей, расходящихся от него по кругу во все стороны.
Вместо фотонов этот электропарус использует силу солнечного ветра - потока заряженных частиц, постоянно испускаемых Солнцем со скоростью около 400 километров в секунду.
По предварительным расчетам, зонд, использующий этот "ветер", мог бы передвигаться раза в три быстрее, чем зонд с зеркальным солнечным парусом.
"Длинные оголенные провода, несущие положительный электрический заряд, а в центре - сам медленно вращающийся зонд", - поясняет Вигман, сотрудник отдела передовых концепций Маршалловского центра космических полетов НАСА в Алабаме.
Фотоны, излучаемые Солнцем, могли бы позволить земным аппаратам летать намного дальше
"Положительно заряженные проводники будут отталкиваться от частиц солнечного ветра с тем же зарядом, и это будет двигать корабль вперед".
"В точности как магниты, с которыми мы играли в школе, - одинаковые полюса отталкиваются", - поясняет ученый.
"Мы могли бы запустить миссию, подобную "Вояджеру", но уложиться в 10-12 лет, - резюмирует Вигман. - Могли бы достичь Плутона за пять-шесть лет, что в два раза быстрее недавней миссии Dawn, а до Юпитера добраться за два года".
"С этим парусом будут кое-какие проблемы", - считает Томас Цурбухен, профессор астрофизики из Мичиганского университета.
"Львиная доля энергии, излучаемой Солнцем, - это свет. Общая сила воздействия света на солнечный парус примерно равна тяжести плитки шоколада, распределенной по площади футбольного поля. Сила же солнечного ветра в тысячу раз слабее".
Таким образом, если солнечный парус может быть несколько сотен метров в диаметре, размах космического "зонтика" составит не менее 40 километров - площадь целого города; и все эти провода должны быть уложены внутрь ракеты-носителя, такой как недавно представленная НАСА система SLS.
Под руководством Цурбухена недавно было проведено масштабное исследование, которое показало, что небольшие спутники формата CubeSat пригодны для изучения других планет и при этом обходятся значительно дешевле традиционных спутников.
Однако ученый не уверен, что заряженные проволочные нити - лучший способ приводить их в движение: "Инженерно-материальная часть проекта - это просто кошмар. Мы делаем провода уже более ста лет, и они до сих пор рвутся".
"При этом они все равно будут тяжелыми, потому что сделаны из металла. Однако это должны быть высококачественные провода, иначе электричество, пущенное по ним, попросту сожжет их. И даже при соблюдении всех этих условий любой микрометеорит их с легкостью порвет".
Вместо электростатического паруса Цурбухен склоняется к таким способам приведения межзвездных зондов в движение, как солнечные паруса или атомная тяга; возможно даже сочетание этих методов.
Но это не значит, что создать электрический "зонтик" невозможно. Может быть, просто очень сложно.
Команда Вигмана между тем разрабатывает базовый инженерный проект, надеясь провести испытания с проводами, привязанными к высотным атмосферным зондам. В начале 2020-х планируется запустить первую демонстрационную миссию.
"Мы пытаемся доказать жизнеспособность этой технологии, - говорит Вигман, - а также изучаем физику этого процесса, чтобы понять, какую тягу нам обеспечит солнечный ветер".
"Надо же с чего-то начать. Я очень воодушевлен. Если мы сможем подтвердить физическую теорию, останется чисто инженерная задача".
Если технология действительно окажется перспективной, судно с электростатическим парусом сможет догнать и перегнать "Вояджер".
ВВС.com