Вчені вигадали, як побудувати сонячне вітрило. Це дозволить нам відкрити небачені досі куточки космосу.

Створити апарат, який міг би подолати вплив нашої зірки і полетіти до інших не так вже й просто, це насправді неймовірна відстань. Найближча до нас система Альфа Центавра, що складається з трьох зірок, знаходиться за 4,3 світлових років від Землі. Використовуючи сучасні технології, нам знадобиться приблизно 6300 років, щоб досягти її.

Тому вчені активно працюють над розробленням нових технологій, які б дозволили нам досліджувати не тільки Сонячну систему, а й вирушити до найближчих зірок. Тим більше, що біля тієї ж Альфи Центавра дослідники розраховують знайти життя.

Одним з найбільш перспективних варіантів є сонячне вітрило — тобто вітрило, яке штовхається світлом, а не вітром. Звучить футуристично, проте за цією розробкою стоять реальні дослідження, останні з яких були опубліковані в журналі Nano letters (раз і два).

Дослідження є частиною проєкту Breakthrough Starshot від Breakthrough Initiatives. Головна мета проєкту — закласти основу для польоту до Альфи Центавра. Для цього там хочуть розробити концепцію та створити конструкцію легкого космічного вітрила, яке могло б долітати до сусідньої зіркової системи швидше, ніж за тисячі років.

В ідеалі судно Breakthrough Starshot має бути досить легким, щоб розвинути швидкість близько 20% від швидкості світла — таке сонячне вітрило могло б дістатися до Альфи Центавра всього за кілька десятиліть. Тим не менш, навіть якщо нам все-таки вдасться побудувати такий апарат, він навряд чи зможе перевозити пасажирів, і використовуватиметься виключно як розвідувальний зонд.

«Щоб дістатися іншої зоряної системи протягом нашого життя, знадобиться щось, що зможе набрати величезну швидкість, близьку до швидкості світла. Ідея створення сонячного вітрила існує вже досить давно, проте тільки зараз ми починаємо розуміти, як саме їх потрібно створювати, щоб ці конструкції витримали таку подорож», — каже Ігор Баргатін, доцент кафедри машинобудування та прикладної механіки в Університеті Пенсильванії, який є учасником Breakthrough Starshot.

Сонячне вітрило не використовує ракетне паливо для руху. Це значно заощаджує витрати на будівництво апарата, суттєво полегшує конструкцію космічного корабля, спрощує його внутрішні системи (які не повинні стежити за пальним та його безпечною подачею), а також дозволяє подорожувати на тривалі відстані; зрештою, пальне — ресурс, який має властивість вичерпуватися.

Замість звичного нам горючого пального космічний корабель «штовхають» фотони — частинки світла, які вдаряються об відбивальне вітрило і передають йому імпульс свого руху. Звичайно ж, це накладає певні обмеження на конструкцію — такий пристрій має бути досить легким, щоб світлу вистачало енергії для приведення його в рух, і водночас досить міцним, щоб він витримував натиск цієї енергії.

Вчені й раніше проводили різні дослідження, намагаючись створити ідеальний матеріал для сонячного вітрила, а в 2019 році некомерційна організація The Planetary Society провела перший експериментальний запуск такого апарата на навколоземній орбіті.

Проєкт Starshot зосереджений на розробленні матеріалів та конструкції вітрила, яке повинне витримувати інтенсивне лазерне світло, енергія якого і розганятиме весь апарат.

Інженери пропонують зробити вітрило з ультратонких листів хімічної сполуки оксиду алюмінію та дисульфіду молібдену. Саме вітрило не має залишатися плоским і було викривлене, щоб уникнути розривів. «Цю концепцію відносно легко зрозуміти, але за нею стоїть дуже складна математика, яка покаже, як ці матеріали поводитимуться в такому масштабі», — каже Баргатін.

Чим вищою буде швидкість, тим більше напруження відчуватиме вітрило. Парашутна форма має допомогти йому витримувати екстремальні навантаження, однак поки що було проведено мало практичних експериментів — зараз це залишається виключно у вигляді теоретичних досліджень.

Друге дослідження зосереджене на проблемі потенційного перегріву сонячного вітрила. Логічно припустити, що, якщо на вітрило постійно буде направлено лазери, то рано чи пізно воно може перегрітися. Щоб уникнути цієї проблеми, дослідники пропонують покрити вітрило невеликими отворами, які б допомагали «тканині» охолоджуватися.

Вчені зазначають, що ще кілька років тому навіть замислюватись про створення концепції такого апарата було б неможливим; тоді створення сонячного вітрила здавалося чимось лише на рівні наукової фантастики. «Тепер у нас є концепція, яка базується на реальних матеріалах, які доступні в наших лабораторіях. Тепер ми плануємо створювати ці структури в невеликих масштабах, щоб тестувати їх за допомогою потужних лазерів», — робить висновок Діп Джарівала, один зі співавторів обох статей.