Инженеры готовят к запуску в ближайшие десятилетия небольшие межзвездные зонды, предназначенные для системы альфа Центавра. Зонды будут оборудованы световыми парусами, которые движутся под воздействием солнечного света или лазера на зеркальную поверхность. Пока прототип не создан, проект отправки космического флота приостановлен. Нидерландские исследователи сообщили о разработке крошечного светового паруса, который, по их словам, позволит быстрее добраться до звезд.
В 1970-е годы американский физик и фантаст Роберт Форвард (Robert Forward) выдвинул любопытную идею. Ученый предположилВозможно осуществление давней мечты человечества о достижении ближайших звезд (только техникой, без отправки человека) при помощи аппарата, работающего на сверхмощном лазерном излучении. Такой аппарат, по словам Форварда, должен быть небольшим и состоять из… светового паруса…на которое направлялось бы это излучение, тем самым перемещая зонд в космосе.
Роберта Форварда не считают первооткрывателем в этой сфере. Советский изобретатель ещё в двадцатые годы прошлого века разделял подобные мысли. Фридрих ЦандерВместо лазерного излучения учёный предлагал использовать силу давления солнечных лучей. Учёный полагал, что фотоны, частицы солнечного света, обладают импульсом и передают его любой освещаемой поверхности, создавая давление, которое затем двигает зонд.
Идеи Форварда и Цандера не нашли практического применения. Ни один космический корабль не применял солнечный парус в качестве главного движителя (кроме небольшого числа демонстрационных и экспериментальных проектов, таких как). LightSail 2 и IKAROSГлавная причина — технические проблемы и недостаточная развитость нужных технологий. Но такие трудности были присущи прошлому столетию.
В 2016 году на пресс-конференции в Нью-Йорке русский миллиардер Юрий Мильнер и астрофизик Стивен Хокинг объявили о проекте. Breakthrough Starshot (как часть программы The Breakthrough InitiativesПосле запуска межзвездного космического флота на световых парусах в направлении ближайшей звездной системы Альфа Центавра.
Учёные планируют отправить аппарат к системе альфы Центавра, которая находится в 4,37 световых годах от Земли. Аппарат сможет двигаться со скоростью до 20% скорости света, время в пути составит примерно 20 лет, а ещё пять лет уйдёт на передачу сигнала о прибытии. Основная цель проекта — не собственно путешествие и получение данных, а демонстрация технической возможности его осуществления.
Концепция StarShot предусматривает запуск базовой космической станции, которая установит на высокую эллиптическую орбиту около тысячи микрокосмических аппаратов и затем запустит их последовательно. Каждый зонд будет оснащен солнечным парусом площадью приблизительно 10 квадратных метров толщиной порядка 100 нанометров и весом чуть меньше грамма. Эти паруса должны обладать высокой отражательной способностью для широкого спектра световых частот, однако пока материал с такой характеристикой не создан.
Возможно, группе нидерландских инженеров во главе с Ричардом Нортом удалось разрешить данную проблему. Richard NorteУченые из Делфтского технического университета создали световой парус из нитрида кремния. опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv.
Площадь прототипа около 36 квадратных сантиметров, что почти равно размеру ладони человека. Вес его незначительный, как у песчинки, несколько микрограммов, а толщина всего 200 нанометров, примерно в тысячу раз меньше человеческого волоса.
Прототип, разработанный нидерландскими инженерами, значительно компактнее паруса, требуемого для проекта Breakthrough Starshot. В ходе испытаний прототипа исследователи изучили его светоотражающие свойства и подтвердили работоспособность технологии производства.
Наш парус обладает необходимой для работы отражательной способностью. Создать его теперь удаётся за один день вместо пятнадцати лет, а производство стало значительно дешевле. Парус Мильнера и Хокинга, который они собираются использовать в миссии, стоит около трех тысяч долларов, наш же – гораздо меньше. пояснил Норт.
Производство солнечных парусов команды Норта базируется на технологии изготовления полупроводниковых пластин для микросхем. Оборудование на предприятиях, где производят эти схемы, предназначено для создания полупроводниковых пластин диаметром 400 миллиметров, что намного превышает размер самого паруса. Авторы новой работы считают, что для налаживания массового производства их солнечных парусов потребуется специальное оборудование, способное работать с гораздо меньшими размерами.
Успех миссий, таких как Breakthrough Starshot, во многом зависит от возможности Норта и его коллег создавать солнечные паруса быстро и недорого. Несмотря на это, другие инженерные задачи остаются актуальными. Например, вопрос управления множеством лёгких микрозондов до сих пор не решён.
Технология нидерландских инженеров может быть полезна и при выполнении других космических задач, например, сборе солнечной энергии в космосе, даже если ее не используют для полетов к Альфе Центавра.