211service.com
Femto-erdvėlaivis galėtų keliauti į Alpha Centauri
Praėjusiais metais nedidelė astronomų komanda paskelbė atradusi į Žemę panašią planetą, skriejančią aplink raudonąją nykštukę Proksimą Kentaurį, vieną artimiausių mūsų kaimynų Alfa Kentauro sistemoje. Ši egzoplaneta, vadinama Proxima Centauri b, yra gyvenamojoje zonoje aplink savo šeimininką. Bet koks ten esantis vanduo turėtų egzistuoti skysto pavidalo, todėl ši planeta yra svarbi kandidatė ieškant nežemiškos gyvybės.
Todėl „Proxima Centauri b“ sukėlė didelį susidomėjimą. Jis yra maždaug 40 trilijonų kilometrų nuo Žemės, atstumą šviesa nukeliauja per kiek daugiau nei ketverius metus. Erdvėlaivis, skriejantis maždaug dešimtadaliu šviesos greičio, galėtų nukeliauti maždaug per 50 metų.
Ir tai kelia įdomų klausimą. Ar įmanoma sukurti erdvėlaivį, kurį galėtume nusiųsti į Proxima Centauri per šiandien gyvenančių žmonių gyvenimą?
Šiandien gauname tam tikrą atsakymą dėka Andreaso Heino ir draugų iš Tarpžvaigždinių tyrimų instituto Londone, JK. Šie vaikinai parengė gramo dydžio erdvėlaivio, kuris galėtų nukeliauti, planus su komplektu prietaisai, galintys atlikti elementarius žvaigždžių sistemos stebėjimus ir išsiųsti rezultatus atgal į Žemę. Jie savo femto-erdvėlaivį vadina Andromedos zondu ir sako, kad vos po kelerių metų jis gali būti pakeliui į Proxima Centauri ir jo seserines žvaigždes.
Tačiau yra įspėjimas. Nors kai kurios šiai kelionei reikalingos technologijos yra prieinamos dabar arba artimiausioje ateityje, kitos yra daug labiau spekuliacinės.
Pagrindinis dizainas yra paprastas. „Andromeda Probe“ iš esmės yra išmaniojo telefono kameros vidinės dalys. Jį sudaro nespalvota 12 megapikselių kamera, objektyvas, kai kurie inerciniai jutikliai ir magnetometras. Jame taip pat yra branduolinė baterija, elementarus vairavimas ir ryšių sistema. Bendra siūlomo erdvėlaivio masė yra 23 gramai, sako Heinas ir kt.
Ir jį varo lazerio šviesa. Idėja, kurią jau tyrinėjo keletas kitų, yra įrengti Andromedos zondą su lengva bure ir paspartinti jį link Proxima Centauri didžiulio galingo lazerio spindulio galiuku. Šis lazeris sėdės Žemės orbitoje su nuolatine 15 gigavatų galia.
Heinas ir bendradarbiai išsamiai aprašo technologijų iššūkius, susijusius su tokio erdvėlaivio (jei ne lazerinės sistemos) kūrimu.
Vienas iš svarbiausių iššūkių yra navigacija giluminėje erdvėje. Didžioji dalis zondo navigacijos tikslumo priklausys nuo lazerio nukreipimo tikslumo. Komanda teigia, kad nanoradianų tikslumas būtų naudingas ir kad keli dabartiniai erdvėlaiviai turi panašius reikalavimus. Pavyzdžiui, James Webb teleskopo nukreipimo tikslumas yra 24 nanoradianai.
Tačiau erdvėlaivis retkarčiais vis tiek turės atlikti nedidelius pakeitimus. Ir tai bus įmanoma tik tada, kai jis labai tiksliai žinos, kur jis yra. Tai galima padaryti naudojant įmontuotą kamerą ir inercinius žvaigždžių sekimo jutiklius, tačiau tai vis dar yra sudėtinga užduotis.
Erdvėlaivis taip pat turės orientuotis ir tiksliai sekti objektus. Keliaudamas 0,1 šviesos greičiu, erdvėlaivis pro „Proxima Centauri“ sistemą praskris maždaug per šešias dienas. Per tą laiką reikės padaryti kuo daugiau nuotraukų ir kitų stebėjimų.
Taigi erdvėlaivis turės sekti savo taikinius ir labai tiksliai nukreipti į juos, kitaip vaizdai bus nenaudingi. Ir ji turės tai daryti savarankiškai, nes aštuonerių metų ištisus ryšio laikas labai suvaržo, kokią pagalbą gali suteikti antžeminė valdymas.
Hein ir co nustato įvairius būdus, kaip nukreipti erdvėlaivį ir pakeisti jo orientaciją. Svarbiausia, kad kai kuriems iš jų nereikia vidinių maitinimo šaltinių. Viena iš idėjų yra pakeisti šviesos burės dalių atspindį taip, kad lazeris veiktų netolygią jėgą, dėl kurios jis pasisuks.
Kita, daugiau energijos reikalaujanti idėja yra perkelti masę ant spindulio, todėl erdvėlaivis sukasi. Tačiau komandos mėgstamiausia yra įrengti burę su judančiais atvartais, kurie gali generuoti sukimo momentą ir taip pasukti erdvėlaivį.
Viena iš tarpžvaigždinių kelionių problemų yra pavojus atsitrenkti į dulkių dalelę. Dešimtadaliu šviesos greičio toks susidūrimas gali išgaruoti erdvėlaivį. Taigi Heinas ir bendradarbiai planuoja padengti zondą grafeno Whipple skydu, sudarytu iš kelių sluoksnių, skirtų suskaidyti bet kokias daleles, kai jos praeina per sluoksnius, taip paskleisdami savo energiją.
Sunaikinimo rizika iškelia dar vieną įdomią idėją – išsiųsti būrį erdvėlaivių. Tai padidina misijos dubliavimą ir duomenų rinkimo galimybes. Taip pat geriau išnaudojamas lazerio spindulys, kuris pasklis, todėl bus prarasta daug energijos. Dėl šių priežasčių femto-erdvėlaivių spiečius yra prasmingas.
Tada yra ryšio su Žeme sistema, kuri turi būti pajėgi siųsti namo bet kokias nuotraukas, kurias padaro erdvėlaivis. Kai galia yra aukščiausios kokybės ir kelių šviesmečių atstumu, tai greičiausiai užtruks daug laiko.
Tačiau tai galima patobulinti įvairiais būdais. Viena iš idėjų yra sukurti duomenų perdavimo sistemą, skirtingu laiku siunčiant femto-erdvėlaivius, kad perimtų signalus ir juos perduotų. Kitas būdas yra naudoti saulės gravitacinį lauką kaip objektyvą, kad būtų galima sufokusuoti Proxima Centauri signalus. Tai reikštų, kad erdvėlaivis turi būti pastatytas už mūsų saulės tiesioginėje linijoje su taikiniu – dar viena sudėtinga ir brangi užduotis.
Borto galia yra šiek tiek paprastesnė. Tai turėtų būti kažkokia branduolinė baterija. Tai generuoja šilumą, nes jos radioaktyvusis turinys skyla, ir yra vienas iš nedaugelio komponentų, kurie gerai atitinka šiuolaikines inžinerines ribas.
Galiausiai kyla keblus klausimas, kiek visa tai kainuotų ir kada būtų galima išsiųsti tokią misiją. Heinas ir bendradarbiai atsiskaito už puikų 11 milijonų dolerių pirmojo erdvėlaivio kūrimo išlaidų skaičių. Tai atrodo ambicinga, net jei tai skirta tik erdvėlaiviui.
Taip pat neatsižvelgiama į daug didesnes išlaidas, susijusias su milžiniškų proporcijų lazerinės varomosios sistemos kūrimu ir paleidimu. 15 GW lazeris yra reikšmingas žvėris. Tai yra maždaug eilės tvarka daugiau galios nei yra Trijų tarpeklių užtvankos Kinijoje, kuri šiuo metu yra galingiausia pasaulyje elektrinė, pajėgumas.
Nors kai kurios šios idėjos slypinčios technologijos atrodo įgyvendinamos trumpuoju ir vidutiniu laikotarpiu, yra keletas tokių, kurių nėra, ypač lazerinė varomoji sistema. Išlaidos ar tvarkaraštis taip pat neatrodo visiškai susietas su realiu pasauliu.
Nepaisant to, Heinas ir kolegos teigia, kad jų ataskaitoje numatoma, kad paleidimo data yra kažkur tarp 2025 ir 2035 m.
Bene reikšmingiausias šios misijos trūkumas yra mokslinis pelnas. Pažada yra keletas išmaniųjų telefonų vaizdų, kuriuose užfiksuotos „Proxima Centauri“ arba jos seserinės žvaigždės „Alpha Centauri“ sistemoje.
Didelė tikimybė, kad šie vaizdai nebus kokybiški ir gali išvis nieko nerodyti, mažiausiai Proxima Centauri b. Tikėtina, kad mes greičiausiai galėsime greičiau nufotografuoti šią egzoplanetą naudodami kosminius teleskopus savo saulės sistemoje, pavyzdžiui, James Webb teleskopą.
Tačiau tai yra nuotykių dvasios atmetimas šioje misijoje. Ir todėl būtų neprotinga tai atmesti.
Naujos kosmoso lenktynės įkaista, kai privačios kosmoso įmonės kovoja dėl patekimo į orbitą. Aiškiausiai jų akyse matomi taikiniai: žmonių siuntimas į orbitą, jų siuntimas aplink Mėnulį, netoliese esantys asteroidai ir galbūt ant jų. Be to, yra Marsas.
Tačiau trokštančiam kosmoso verslui, norinčiam išgarsėti, „Proxima Centauri“ ir jos seserys žvaigždės galėtų pateikti sudėtingą pasiūlymą. Hein ir co tikrai sukryžiuoja pirštus.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1708.03556 : Andromedos tyrimas: Femto-erdvėlaivio misija į Alpha Kentauri