Ученые придумали, как построить солнечный парус. Это позволит нам открыть невиданные до сих пор уголки космоса

Создать аппарат, который мог бы преодолеть влияние нашей звезды и полететь к другим не так уж и просто — это на самом деле невероятное расстояние. Ближайшая к нам система — Альфа Центавра, состоящая из трех звезд, — находится в 4,3 световых годах от Земли. Используя современные технологии, нам потребуется приблизительно 6300 лет, чтобы достичь ее.

Поэтому ученые активно работают над разработкой новых технологий, которые позволили бы нам исследовать не только Солнечную систему, но и отправиться к ближайшим звездам. Тем более что возле той же Альфы Центавра исследователи рассчитывают найти жизнь.

Одним из самых многообещающих вариантов является солнечный парус — то есть парус, который толкается светом, а не ветром. Звучит футуристично, однако за этой разработкой стоят реальные исследования, последние из которых были опубликованы в журнале Nano letters (раз и два).

Исследования являются частю проекта Breakthrough Starshot от Breakthrough Initiatives. Главная цель проекта — заложить основу для полета к Альфе Центавра. Для этого там хотят разработать концепцию и создать конструкцию легкого космического паруса, который мог бы долетать до соседней звездной системы быстрее, чем за тысячи лет.

В идеале судно Breakthrough Starshot должно быть достаточно легким, чтобы развить скорость около 20% от скорости света — такой солнечный парус мог бы добраться до Альфы Центавра всего за пару десятилетий. Тем не менее, даже если нам все-таки удастся построить такой аппарат, он вряд ли сможет перевозить пассажиров, и будет использоваться исключительно в качестве разведывательного зонда.

«Чтобы добраться до другой звездной системы в течение нашей жизни, потребуется что-то, что сможет набрать огромную скорость, близкую к скорости света. Идея создания солнечного паруса существует уже достаточно давно, однако только сейчас мы начинаем понимаеть, как именно нужно их создавать, чтобы эти конструкции выдержали такое путешествие», — говорит Игорь Баргатин, доцент кафедры машиностроения и прикладной механики в Университете Пенсильвании, являющийся участником Breakthrough Starshot.

Солнечный парус не использует ракетное топливо для движения. Это значительно экономит затраты на постройку аппарата, существенно облегчает конструкцию космического корабля, упрощает его внутренние системы (которые не должны следить за топливом и его безопасной подачей), а также позволяет путешествовать на длительные расстояния; в конце концов, топливо — ресурс, который имеет свойство иссякать.

Вместо привычного нам горючего топлива космический корабль «толкают» фотоны — частицы света, которые ударяются об отражающий парус и передают ему импульс своего движения. Конечно же, это накладывает определенные ограничения на конструкцию — такое устройство должно быть достаточно легким, чтобы свету хватало энергии для приведения его в движение, и в то же время достаточно прочным, чтобы оно выдерживало напор этой самой энергии.

Ученые и раньше проводили различные исследования, пытаясь создать идеальный материал для солнечного паруса, а в 2019 году некоммерческая организация The Planetary Society провела первый экспериментальный запуск подобного аппарата на околоземной орбите.

Проект Starshot сосредоточен на разработке материалов и конструкции паруса, который должен выдерживать интенсивный лазерный свет, энергия которого и будет разгонять весь аппарат.

Инженеры предлагают сделать парус из ультратонких листов химического соединения оксида алюминия и дисульфида молибдена. Сам парус не должен оставаться плоским и был искривлен, чтобы избежать разрывов. «Эту концепцию относительно легко понять, но за ней стоит очень сложная математика, которая покажет, как эти материалы будут вести себя в таком масштабе», — говорит Баргатин.

Чем выше будет скорость, тем большее напряжение будет испытывать парус. Парашютная форма должна помочь ему выдерживать экстремальные нагрузки, однако пока было проведено мало практических экспериментов — сейчас это остается исключительно в виде теоретических исследований.

Второе исследование сосредоточено на проблеме потенциального перегрева солнечного паруса. Логично предположить, что, если на парус постоянно будет направлены лазеры, то рано или поздно он может перегреться. Чтобы избежать этой проблемы, исследователи предлагают покрыть парус небольшими отверстиями, которые помогали бы «ткани» охлаждаться.

Ученые отмечают, что еще несколько лет назад даже задумываться о создании концепции такого аппарата было бы невозможным; тогда создание солнечного паруса казалось чем-то на уровне научной фантастики. «Теперь у нас есть концепция, основанная на реальных материалах, которые доступны в наших лабораториях. Теперь мы планируем создавать эти структуры в небольших масштабах, чтобы тестировать их с помощтю мощных лазеров», — заключает Дип Джаривала, один из соавторов обоих статей.