Как новый двигатель поможет добраться до Проксимы Центавра

Чтобы решить эту проблему, Кристофер Лимбах, ныне профессор Мичиганского университета, получил грант от Института передовых концепций НАСА (NIAC) на работу над новым типом лучевого двигателя, который использует как пучок частиц, так и лазер для преодоления самого большого недостатка этой технологии.

Давайте сначала рассмотрим, почему обычные двигательные системы не подойдут для доставки корабля к Проксиме b.

Обычные ракеты не подходят, поскольку их топливо слишком тяжелое и сгорает слишком быстро, чтобы зонд мог развить скорость, близкую к той, которая необходима для достижения Проксимы b. Обычные солнечные паруса также терпят неудачу, поскольку, как только они оказываются достаточно далеко от Солнца, к ним применяется лишь минимальный толчок.

Другие нетрадиционные решения могли бы работать, например, ядерная тяга или ионные двигатели. Однако они становятся жертвами тирании уравнения ракеты — поскольку им приходится нести свое топливо, им приходится нести большую массу, чтобы двигаться быстрее, тем самым сводя на нет большую часть этого преимущества.

Остается лучевое движение — по сути, создание гигантского луча в космосе, который продолжает толкать космический корабль с установленным на нем коллектором, который может продолжать толкать его все время, пока космический корабль находится на пути к месту назначения.

Обычно в этих системах используются два типа пучков — пучки частиц и световые пучки. Однако у каждого из них есть слабость — дифракция.

Как световые, так и пучки частиц имеют тенденцию распространяться на большие расстояния, что делает их гораздо менее эффективными при фокусировке на одном небольшом объекте, который может находиться в световых годах. Даже лазеры, если их направить далеко, в конечном итоге рассеиваются в бесполезный свет. Однако есть способ обойти это.

Недавно в ходе оптических исследований был разработан способ объединения пучков частиц и лазерных лучей, который практически исключает дифракцию и рассеивание пучка при одновременном использовании обоих методов.

Это позволило бы лучевой системе движения продолжать концентрировать свой луч точно в нужном месте, не теряя медленно свою толкающую силу по мере удаления зонда. Доктор Лимбах использовал эту базовую технологию для разработки того, что он называет PROCSIMA, нового метода движения, который использовал когерентную комбинированную систему движения частиц и лазерного луча.

Расчеты доктора Лимбаха и его коллеги, доктора Кена Хары, ныне профессора Стэнфордского университета, показывают, что создание когерентного пучка, который может эффективно дойти до Проксимы b, преломляясь лишь примерно до 10 м, возможно, по крайней мере, теоретически.

По их расчетам, зонд 5g, подобный тому, над которым работает проект Breakthrough Initiatives, мог бы развивать скорость до 10% от скорости света, что позволило бы ему достичь Проксимы b за 43 года.

В качестве альтернативы они также подсчитали, что гораздо более крупный зонд весом около 1 кг мог бы достичь системы примерно за 57 лет. Это позволило бы разместить гораздо более захватывающую полезную нагрузку, даже если бы зонд пролетел через систему Проксима Центавра со скоростью, составляющей значительную часть скорости света.

Еще предстоит проделать некоторую работу, включая разработку таких вещей, как источники частиц холодных атомов и улучшение функциональности систем пучков. Однако до сих пор проект не получил поддержки другого гранта NIAC, хотя лаборатория доктора Лимбаха в UM продолжает работать над похожими идеями, такими как система движения nanoNewton.

Продолжается разработка метода «звездного выстрела», который в конечном итоге позволит отправить зонд к другой звезде, и, похоже, что, к лучшему или к худшему, лучевое движение — это тот способ, с помощью которого мы сможем туда добраться.