На жаль, але лазери не доставили нас на Марс за три дні

0-4q-6FQsjgsd-zOWI
Всякий раз, коли розробляється потужна нова технологія, має сенс переглянути наші традиційні підходи до виконання складних завдань. Коли справа доходить до подорожі в космос і дослідження Всесвіту за межами Землі, будь-які прориви у виробництві, зберіганні або передачі енергії приймаються дуже і дуже серйозно. Але космос вельми великий, і відстані від Землі до інших планет — не кажучи вже про інших зірках — буквально астрономічні. Зараз 2016 рік, і ми як і раніше використовуємо ракети на хімічному паливі, щоб запускати і керувати нашими космічними апаратами. Ці ж технології ми використовували в 50-х і 60-х, коли космічні польоти тільки почалися.

Не так давно група вчених і інженерів під керівництвом Філіпа Любина з Каліфорнійського університету оголосила, що вважає за можливе використовувати лазерну тягу, не тільки щоб перетворити місії на Марс в триденні прогулянки, але і відправитися до зірок з немислимою досі швидкістю.

Подібні обіцянки періодично з’являються — ракети на термоядерному синтезі, двигуни на антиматерії і неможливі двигуни обіцяють перевершити сучасні технології і розігнати матерію до … в загальному, обіцяють. Проблема цих обіцянок в тому, що вони непрактичні:

Ядерний синтез не є керованою, підтримуваної реакцією і, отже, не може випускати великі обсяги енергії протягом тривалих періодів часу.
Антиматерія не тільки дорога у виробництві, але і не може бути проведена в хоч трохи значних кількостях. Якщо підсумувати все кількість антиматерії, виробленої людьми на Землі, вона буде важити менше одного мікрограма. Якщо перетворити її в чисту енергію за рівнянням Ейнштейна (E = mc2), вона буде дорівнює енергії, яку може зробити невеликий ящичок з динамітом.
Будь-які «неможливі» двигуни начебто EM Drive не тільки не дають відтворюваних, надійних результатів, але і не видають достатніх обсягів тяги або енергії навіть в найбільш плідних умовах випробування.

Але ми поговоримо про інше, оскільки ключова технологія для руху на основі лазера вже існує сьогодні.
0-14AJWfMP4J-AI042
Досягнення в лазерних технологіях були вельми продуктивними за останні 15 років. Проекти вчених в самих різних агентствах, включаючи DARPA, досягли успіху в нарощуванні лазерної мощі за рахунок новаторського підходу: не збільшуючи енергію кожного лазера, а роблячи масштабовані лазерні масиви. Іншими словами, тепер ви можете побудувати великий масив лазерів, який точно і злагоджено стріляє в певну мету, не тільки передаючи кіловати енергії через окремий лазер, але і відносно великий обсяг енергії, обмежений лише масштабом вашого лазерного масиву. Ось «просте» випробування 19-елементного масиву лазерів, що стріляє по базальтової мішені.

Ідея рухової установки на основі лазера відносно проста за своєю суттю і вимагає виконання лише кількох кроків:

Створити масив синфазних лазерів на орбіті Землі, влаштованих таким чином, щоб їх можна було точно направити на будь-яку певну мету. В ідеалі цей масив буде досягати гігаватних рівнів енергії.
Створити «цільової» космічний апарат, який спочатку стартує на низькій навколоземній орбіті, з великою парусообразной поверхнею на ньому, на яку можна направити лазерний масив.
Послідовно направляти досить потужний лазер на цільової космічний апарат і прискорити його до необхідної швидкості, вивести на траєкторію і дивитися, милуватися.
0-uf5QRNGbsaCMTLtW
Насправді, є маса причин радіти такому стану справ. Лазерна технологія вже існує і стає все краще і краще. З малого почати простіше: оскільки масив масштабується, можна влити невеликі інвестиції і розігнати малу (грамову) масу до високих швидкостей, для початку щоб довести працездатність концепції. Парус може бути крихітним — з квадратний метр — і як і раніше буде ефективний. Відбивна здатність або міцність лазерного вітрила взагалі не проблема, оскільки частота лазера дуже вузька і можна ефективно відбивати 99,99% світла або навіть більше. Моделювання показало, що навіть лазерний масив скромних розмірів (272 кіловата на відео нижче) може розігнати і відправити Однограмовий тестову масу в міжпланетний простір.

Є, однак, причини і для скептицизму. Хоча фізика дозволяє, інженерне завдання всього вищеописаного виявляється найскладнішою річчю. Ось ряд важливих перешкод, які ми поки не знаємо, як подолати:

Як успішно сколліміровать лазер на таку величезну відстань. Наприклад, дзеркала, які астронавти «Аполлона» встановили на Місяці, ефективно відображають і повертають лише один з 1017 фотонів назад в призначений пункт.
Наскільки корисний буде прискорений об’єкт? Зараз будь-яка маса, прискорена до значних швидкостей, повинна бути настільки малою, що не зможе передати нічого корисного з таким рівнем енергії, щоб можна було отримати це на Землі.
Чи може об’єкт настільки малої маси і розмірів, як запропонований однограмовий зонд, протистояти мощі цих лазерів, або ж виявиться безсилим, навіть зі своєю високою (але не ідеальною) відбивною здатністю?
Об’єкт, прискорений таким чином, може бути некерованим або нездатним до уповільнення після прибуття.
Парусообразний об’єкт, особливо тонкий, доведеться стабілізувати, щоб компенсувати крихітні градієнти сил, інакше він почне обертатися і гойдатися, зробивши неможливим подальше прискорення.
Нарешті, лазерний масив, необхідний для запуску великих мас, може виявитися надзвичайно великим і дорогим.
1-LIPfk59NiCyiURuQ_4IEDA
Ідея лазерного вітрила може бути прекрасною для розгону крихітних мас до великих швидкостей, але повномасштабні моделі, що досягають бажаних гігават енергії, зажадають лазерний масив в 100 квадратних кілометрів площею. Повномасштабний масив на зразок такого зможе розігнати крихітний комп’ютеризований чіп діаметром 10 сантиметрів і масою в один грам до 0,3% швидкості світла всього за 10 хвилин. Він міг би розігнати 100 кг вантажу (приблизно з масу марсохода «Оппортьюніті») до такої ж швидкості, будь парус побільше, або навіть 10 000 кг — до швидкості 1000 км / год, в 100 разів швидше, ніж летіли астронавти «Аполлона» на Місяць.
1-z998a7RKSAUcK9cjUNR-YgІніціатива, відома як DEEPIN, по якій спрямована енергія використовується для розгону зондів до міжзоряних швидкостей, цікава по-своєму, і варто віддати належне Філіпу Любину. Але пакувати валізи поки зарано. Складність розгортання такої системи і рішення її проблем може зайняти десятки або сотні років.

Але пробувати, звичайно, варто. Можливо, лазерне рух стане майбутнім космічних польотів або технологією, яка приведе нас до зірок. Але поки що у нього є купа непереборних перешкод. Нам дійсно необхідно спробувати пройти цей шлях. Пройти, залишаючись реалістами.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *