Межзвёздные парусники: Как фотоны унесут нас к звёздам быстрее, чем мы думаем

Если человечество когда-нибудь отправится к далёким звёздам, мы, возможно, поплывём туда — и это может случиться скорее, чем вы думаете.

Древнейшие корабли человечества использовали паруса, чтобы обуздать силу ветра, поэтому кажется неизбежным, что мы сделаем нечто подобное в космосе. Но вместо ветра учёные разрабатывают способы использования света.

Результат? Солнечные паруса: огромные, но тончайшие листы из специальных материалов, созданные для использования давления фотонов, чтобы разгонять космические корабли по Вселенной. На данный момент солнечные паруса совершили лишь несколько демонстрационных полётов (включая полёт к Венере), участвовали в экспериментах и симуляциях в лабораториях по всему миру, а также вдохновили несколько крайне амбициозных концепций миссий. Но недавнее исследование, проведённое инженером из Имперского колледжа Лондона Дебдутом Сенгуптой и его коллегами, показало, что солнечные паруса могут доставить корабли к границам нашей Солнечной системы уже в ближайшие 10 или 20 лет. Будущее солнечного парусного спорта зависит от того, кого вы спросите, но всё чаще оно перестаёт казаться научной фантастикой.

И хотя некоторые проекты замораживаются, а испытания дают сбой, инженеры не сдаются: они создают жаростойкие материалы и лёгкие мачты. Уже есть успехи — миссия Lightsail 2 и японский аппарат Ikaros доказали, что сам принцип работает. Теперь же учёные оценили готовность технологий для трёх амбициозных проектов: Breakthrough Starshot (гигантский лазер), Svarog («ныряние» к Солнцу) и Solar Cruiser (наблюдение из точки L1). Оказалось, что некоторые из них почти готовы к запуску, а другие требуют ещё лет 10-15 разработок.

Именно эта вилка между «почти возможно» и «потребуются десятилетия» сегодня определяет лицо космического парусного спорта. Например, студенческий проект Svarog планирует использовать дерзкий манёвр — «солнечное ныряние». Корабль должен будет буквально нырнуть в самые плотные слои солнечного излучения, чтобы получить мощнейший импульс, а затем устремиться к внешним границам системы, к гелиопаузе — туда, где солнечный ветер встречается с межзвёздной средой. Это рискованно: чтобы не сгореть, парус должен отражать большую часть света, а толщина его плёнки — всего несколько микронов. Современные материалы (например, нитрид кремния) пока выдерживают лишь полёт на расстоянии вполовину от Меркурия до Солнца, но не ближе.

Тем не менее, инженеры из Калифорнийского университета уже просчитали «умеренный» сценарий: если пролететь не в 2–4 миллионах километров от светила (как в «экстремальном» режиме), а на удалении около 14–19 миллионов км, корабль всё равно разгонится до 5–8 астрономических единиц в год — быстрее легендарного «Вояджера-1». Такую миссию, по оценкам, можно построить за 5 лет при должном финансировании.

Ключевая проблема сегодня — даже не нагрев, а развёртывание самого паруса. Представьте, что вам нужно развернуть в невесомости конструкцию размером с футбольное поле (а иногда и 10 000 кв. м!), толщиной в несколько микрон, при этом она не должна скручиваться или складываться под действием неравномерного давления фотонов. Это как пытаться развернуть рулетку на 100 метров в длину, чтобы она не согнулась под собственным весом — только в космосе роль «веса» играют малейшие перепады температур и давления излучения.

Однако самым большим скептиком в этом вопросе является физик Виктор Тот, который указывает на другую проблему: полезная нагрузка. Для глубокого космоса нужны мощные радиоантенны и ядерные источники энергии, но солнечный парус накладывает жёсткие ограничения на массу. Парус не сможет толкать тяжёлый корабль с громоздким оборудованием. «Вы просто не сможете разговаривать с таким аппаратом на дальних рубежах», — предупреждает Тот.

С другой стороны, оптимисты вроде Дэвойана и Сенгупты видят путь в постепенной эволюции. Сначала — гелиофизические миссии вроде Solar Cruiser, которые докажут эффективность парусов у Земли и Солнца. Затем — создание жаростойких покрытий и сверхлёгких развёртываемых антенн. И только потом — полноценные звёздные гонки. «Это не футуристические идеи, — заключает Дэвойан. — Это непрерывный прогресс, где каждый шаг ведёт к следующему в течение разумного времени».

Как только солнечные паруса станут стандартным инструментом в арсенале инженера (наравне с ракетными двигателями), мы сможем сократить путь к Юпитеру с 8 лет до 2-3, а затем — отправить автоматического разведчика к гравитационному линзе Солнца. И тогда, возможно, первый межзвёздный зонд действительно поплывёт к звёздам, подобно галеону, поймавшему попутный звёздный ветер.